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Ingeniería Básica para la Implantación de una

Central Termoeléctrica de Biomasa de 20 MW

Trabajo Fin de Grado

Ingeniería de Tecnologías Industriales

Autor: Maria Inmaculada Martín Hidalgo Mellado

Tutor: Rafael Valenzuela García

Dpto. Ingeniería de la Construcción y

Proyectos de Ingeniería

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2018



Trabajo Fin de Grado

Ingeniería de Tecnologías Industriales



Autor:

María Inmaculada Martín – Hidalgo Mellado

Tutor:

Rafael Valenzuela García

Profesor asociado

Dpto. Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2018

Trabajo Fin de Grado: Ingeniería Básica para la Implantación de una Central Termoeléctrica de Biomasa de

20 MW

Autor: Maria Inmaculada Martín - Hidalgo Mellado

Tutor: Rafael Valenzuela García

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2018

El Secretario del Tribunal

A mi familia

A mis maestros

Agradecimientos

“A mi familia, por su apoyo incondicional.

A mi hermana por su complicidad y alegría”

Resumen

En el presente proyecto, se expondrá la metodología de diseño y la ingeniería básica de una planta de

biomasa. La planta industrial se encargará de utilizar los residuos forestales y agrícolas para la producción de

energía mediante su combustión. Para obtener la potencia objetivo de la planta, se calcula la cantidad de

biomasa que será necearia, teniendo en cuenta parámetros como: la humedad, el poder calorífico inferior y su

granulometría. A continuación, se procede a diseñar y desarrollar desde un punto de vista lógístico, el

almacén con el que tendremos que contar; no solo en volumen, sino estableciendo, además, su distribución

en la central. En base a las condiciones de vapor y temperatura, así como al combustible utilizado,

seleccionaremos: una caldera industrial, una turbina de vapor y un generador; que permitan transformar la

energía química contenida en los productos en energía eléctrica.

Una vez establecidas las dimensiones de cada uno de los elementos necesarios, se explicará el Lay out

implantado argumentando los motivos de las decisiones tomadas.

También será objeto de este proyecto, diseñar: un sistema de saneamiento, un sistema de protección contra

incendios y la red eléctrica.

Además de reflejar los pasos a seguir en un proyecto industrial desde un punto de vista básico, se intentará

fomentar el desarrollo del mercado renovable en el que el mundo se encuentra inmerso actualmente. Se

pretende dejar consciencia de las posibilidades y materias primas que encontramos en nuestro entorno y cuyo

uso, de manera eficiente, puede suponer grandes logros y avances que inicien caminos de innovación

ingenieril.

Índice

Agradecimientos

Resumen

Índice

Índice de Tablas

Índice de Figuras

Memoria

1 Normativa

2 La Biomasa

2.1. La biomasa y su uso energético 11

2.2. Biomasa residual 12

2.3. Cultivos energéticos 13

2.4. Combustión de la biomasa 13

2.5 Evolución del marco normativo y situación actual 14

2.5.1. Conferencia de las partes. Protocolo de Kioto 14

2.5.2. Límite de emisiones de gases 15

2.6 Objetivo del proyecto 14

3 Parámetros inciales

3.1. Horas de funcionamiento. Horas de parada 17

3.2. Potencia instalada 17

3.2. Cantidad de biomasa necesaria 17

3.2. Cantidad, tipo y origen de la biomasa utilizada 18

4 Emplazamiento geográfico 20

5 Movimiento de tierras 24

6 Lay out 25

7 Almacén. Planta de trituración

7.1. Almacenamiento intempérie 29

7.2. Nave de fardos 31

7.3. Pretratamiento.Planta de trituración 34

7.4. Silo horizontal 35

7.5.Nave de productos triturados 36

7.6. Fase de cribado 40

7.7. Almacenamiento pulmón. Silos caldera 41

8 Sistema de Generación de Energía

8.1. Sistema de transformación de energía 43

8.2. Ciclo Rankine 44

9 Caldera

9.1. Introducción

9.1.1. Definición 45

9.1.2.Parámetros de diseño de la caldera 45

9.1.3. Dosificación de la caldera 46

9.1.4.Pérdidas de calor en el proceso de combustión 46

9.2. Caldera acuotubular 48

9.2.2.Elementos principales 47

9.2.2.1 Hogar

9.2.2.2 Emparrillado

9.2.2.3 Haces tubulares.Economizador

9.2.2.4 Haces tubulares. Evaporizador

9.2.2.5 Haces tubulares. Sobrecalentador

9.2.3. Sistema de aire de combustión 48

9.1. Mantenimiento. Problema corrosión 48

9.2. Estructura metálica para caldera acuotubular 49

10 Turbina de vapor

10.1. Definición 50

10.2. Turbina de vapor STT-300 50

10.2.1.Elementos principales 51

10.2.1.1 Sistema de admisión

10.2.1.2 Rotor

10.2.1.3 Estator

10.2.2. Sistemas auxiliares 51

10.2.2.1 Sistema de lubricación

10.2.2.2 Virador

11 Generador

11.1. Definición.Principio de funcionamiento 54

11.2. Conexiones 54

11.1. Características necesarias del generador síncrono 54

11.2. Características seleccionadas del generador síncrono 55

11.1. Nave equipos de generación 55

12 Protección contra incendios

12.1. Atmósferas explosivas. ATEX 57

12.2. Red de agua

12.2.1.Nave de fardos 51

12.2.1.1.Rociadores automáticos

12.2.1.2 Hidrantes exteriores

12.2.2.Naves de productos triturados 60



12.2.3.Silo horizontal 62



12.2.4.Nave de equipos de generacion y caldera 64

12.2.4.1.Rociadores automáticos nave equipos de generación

12.2.4.2 Rociadores automáticos caldera

12.2.4.4.Hidrantes exteriores nave equipos de generación

12.2.4.4 Hidrantes exteriores caldera

12.2.5.Almacanamiento intempérie 67

12.2.5.1.Hidrantes exteriores

12.2.6.Depósito de reserva de agua. Sistema de bombeo 67

12.3. Red de espuma

12.3.1.Campa intempérie 70

12.3.2.Silos pulmón de caldera 70

12.4. Medidas implantadas en la parcela 71

13 Saneamiento

13.1. Evacuación de pluviales no contaminadas 72

13.1.1.Nave de fardos 73

13.1.2.Nave de productos triturados 73

13.1.3.Silo horizontal 76

13.1.4.Estructura metálica caldera 76

13.1.5.Nave de equipos de generación 77

13.1.6.Edificio de oficinas y edificio de control 78

13.1.7.Escorrentía de viales y zonas no urbanizadas 78

13.2. Evacuación de pluviales contaminadas 79

13.3. Evacuación de aguas residuales 79

14 Red eléctrica

14.1. Red eléctrica de abastecimiento 80

14.1.1.Estimación de la potencia útil necesaria 80

14.1.2.Transformadores 81

14.1.3.Esquema unifilar media tensión 82

14.1.4.Centro de transformación 83

14.1.5.Conexión a tierra centro de transformación 85

14.1.6.Baja tensión 86

14.2. Red eléctrica de evacuación

14.2.1.Elemento de la subestación elevadora 89

14.2.2.Tareas urbanísticas de la subestación 89

14.2.3.Critérios de diseño según la normativa 90

14.2.4.Conexión a tierra 90

15 Bibliografía

Planos

Presupuesto

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2-1. Biomasa residual utilizada en la central termoeléctrica de biomasa

Tabla 2-2 Biomasa energética utilizada en la central termoeléctrica de biomasa

Tabla 2-3 Valores límite de emisión para las instalaciones de combustión medianas nuevas que no sean motores

ni turbinas de gas

Tabla 3-1. Estimación de la potencia térmica y eléctrica contenida en 1 Kg de biomasa

Tabla 3-2. Estimación del consumo de biomasa anual, biomasa almacenada y consumo diario de caldera

Tabla 3-3 Cantidad de biomasa suminstrada anualmente en la central termoeléctrica

Tabla 4-1. Comunidades autónomas con mayor potencial de biomasa en función del tipo de producto

Tabla 4-2. Costes medios de la obtención de la biomasa

Tabla 7-1. Cantidad de biomasa de cada almacenamiento

Tabla 7-2 Cantidad de productos cizallados y pretriturados

Tabla 7-3 Dimensión pilas de biomasa

Tabla 7-4 Número de pilas estimadas para el almacenamiento intemperie

Tabla 7-5 Superficie necesaria para la campa intemperie

Tabla 7-6 Dimensión de los fardos y cálculo de la superficie ocupada

Tabla 7-7 Valor y significado de los parámetros necesarios para calcular la densidad de carga de fuego

Tabla 7-8 Cantidad de material almacenada en el silo horizontal

Tabla 7-9 Dimensión del silo horizontal

Tabla 7-10 Cantidad de biomasa almacenada en la nave de productos triturados

Tabla 9-1 Parámetros de diseño de la caldera de la planta de biomasa

Tabla 11-1 Caracteristicas mínimas del generador síncrono

Tabla 11-2 Características del generador síncrono seleccionado

Tabla 12-1 Sistema de protección contra incendios implantados en la central termoeléctrica

Tabla 12-2 Descripción de las redes de tuberías de protección contra incendios

Tabla 12-3 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Nave de fardos

Tabla 12-4 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Nave productos triturados

Tabla 12-5 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Silo horizontal

Tabla 12-6 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Nave equipos de generación

Tabla 12-7 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Caldera

Tabla 12-8 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Almacenamiento intemperie

Tabla 12-9 Reserva y caudal mínimo necesario en cada sistema de rociadores automáticos de la planta de

biomasa

Tabla 13-1 Parámetros de diseño y dimensiones de canalones y bajantes en la nave de fardos

Tabla 13-2 Parámetros de diseño y dimensiones de canalones y bajantes en la nave productos triturados

Tabla 13-3 Parámetros de diseño y dimensiones de canalones y bajantes del silo horizontal

Tabla 13-4 Parámetros de diseño y dimensiones de canalones y bajantes en la estructura metálica de la caldera

Tabla 13-5 Parámetros de diseño y dimensiones de canalones y bajantes en la nave de equipos de generación

Tabla 12-10 Reserva y caudal mínimo necesario en cada sistema de hidrantes exteriores de la planta de biomasa

Tabla 12-11 Estimación pérdidas por fricción máximas en la red de distribución de agua

Tabla 12-12 Estimación pérdidas por fricción en el sistema de rociadores de la nave de productos triturados.

Tabla 14-1. Estimación de potencias de consumo (kW)

Tabla 14-2 Estimación de potencia útil

Tabla 14-3 Cargas de los cuadros parciales y potencias demandadas

Tabla 14-4 Cálculo de las intensidades nominales

Tabla 14-5 Secciones y caída de tensión en las principales conexiones de la línea de baja tensión

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 4-1. Vista satélite de la parcela seleccionada (I)

Figura 4-2. Vista satélite de la parcela seleccionada (II)

Figura 4-3. Plano Red Eléctrica Española en la provincia de Mérida

Figura 4-4. Leyenda Plano Red Eléctrica Española en la provincia de Mérida

Figura 6-1. Distribucion de los principales elementos que componen la planta de biomasa

Figura 7-1. Geometría para la estimación del volumen ocupado

Figura 7-2 Dimensión en planta de la nave de fardos

Figura 7-3 Tipo de viga delta. Catálogo Pretersa

Figura 7-4 Alimentador Saalasti Feeder y trituradora SC 1224 H

Figura: 7-5 Tipologia del silo horizontal utilizado

Figura: 7-6 Elemento vibrador en el interior del silo horizontal

Figura 7-8 Sección transversal de las pilas de biomasa en nave de productos triturados

Figura 7-9 Proceso de recogida, transporte y almacenamiento en nave de productos triturados

Figura 7-10 Disposición de las hileras de apilamiento y proceso de extracción mediante reclaimer

Figura 7-11 Dimensión del portico tipo cercha en nave de productos triturados

Figura 7-12 Hastial trasero de la nave de productos triturados

Figura 7-13 Hastial delantero de la nave de productos triturados

Figura 7-14 Criba vibratoria

Figura 7-15 Especificaciones técnicas de la criba vibratoria

Figura 7-16 Silo pulmón y fondo vibrante

Figura 8-1 Esquema del proceso de generación de energía a partir de la combustión de biomasa

Figura 8-2 Diagrama T- S y principales equipos del Ciclo de Rankine

Figura 9-1 Caldera industrial acuotubular

Figura 9-2 Haces tubulares caldera industrial acuotubular

Figura 10-1 Turbina de vapor

Figura 10-2 Esquema de los elementos que componen el sistema de lubricación

Figura 12-1 Generador de espuma

Figura 12-2 Cámara de espuma

Figura 13-1 Croquis red de evacuación aguas pluviales en nave de fardos

Figura 13-2 Croquis red de evacuación aguas pluviales en nave de productor triturados

Figura 13-3 Croquis red de evacuación de aguas pluviales en Silo horizontal

Figura 13-4 Croquis red de aguas pluviales estructura métalica caldera

Figura 13-5 Croquis red de aguas pluviales Nave equipos de generación

Figura 13-6 Tabla Diámetro de los desagues según la norma UNE-53114

Figura 13-7 Tabla Diámetros de colectores horizontales en función del número máximo de unidades y pendiente

adoptada

Figura 14-1 Esquema unifilar media tensión

Figura 14-2 Croquis planta del centro de transformación

Figura 14-3 Croquis fachada este del centro de transformación

Figura 14-4 Croquis fachada oeste del centro de transformación

Figura 14-5 Croquis de la red de tierra en el centro de transformación

Figura 14-6 Esquema unifilar cuadro general y cuadros principales

MEMORIA

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1 NORMATIVA

Almacén. Planta de trituración

MTDs Grandes instalaciones de Combustión

MTDs de referencia europea respecto a las emisiones generadas por el almacenamiento

Instrucción Española de Acero Estructural (EAE)

Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08)

Codigo Técnico de la Edificación (CTE)

Equipos de generación de energía

Reglamento de equipos a presión y sus instrucciones técnicas complementarias (RD 2060/2008)

Protección contra incendios

Reglamento de Protección contra Incendios en Establecimientos Industriales

Normativa ATEX.

Real Decreto 400/1996, en el que se establecen los requisitos esenciales de seguridad que deben cumplir los

equipos, aparatos eléctricos y no eléctricos

Regla Técnica para Instalaciones de Columnas Hidrantes al exterior de los edificios (CEPREVEN)

Sistemas de Rociadores Automáticos de agua. Especificaciones para su diseño e instalación (CEPREVEN)

UNE-EN 12845:2004

Saneamiento

CTE DB HS

UNE-53114

Red eléctrica

Reglamento Electrotécnico para baja tensión (REBT)

Reglamento de Instalaciones eléctricas de alta tensión.

Reglamento sobre centrales electricas, subestaciones y centro de transformación.

Real Decreto 413/2014 por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica a partir de fuentes

de energía renovables, cogeneración y residuos.

MIE-RAT 12

Ingeniería Básica para la Implantación de una Central Termoeléctrica de Biomasa de 20 MW

2 LA BIOMASA

2.1 La biomasa y su uso energético

La energía solar es la energía contenida en la radiación del sol. Es una fuente inagotable, limpia y renovable que

puede ser capturada y utilizada de diversas formas. Puede ser capturada térmicamente, fotonicamente o de forma

indirecta mediante procesos eólicos o hidráulicos.

La captación fotoquímica más conocida es la fotosíntesis. Los cloroplastos de las plantas llevan a cabo un proceso

químico caracterizado por la transformación de energía solar, monóxido de carbono procedente del aire, y agua

procedente del suelo, en sustancias orgánicas constituidas por macromoléculas de celulosa y almidón

mayoritariamente. Estas sustancias orgánicas son globalmente conocidas como biomasa.

Según la Real Academia Española, la biomasa es la materia orgánica originada en un proceso biológico,

espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.

Ya desde la prehistoria se utilizaban materiales forestales y residuos orgánicos para la generación de calor. Con el

advenimiento del carbón y de la era de la revolución industrial, a lo largo de los años, la obtención de energía ha

girado entorno al mercado de los combustibles fósiles y entorno al desarrollo de otras tecnologías. Sin embargo,

los gases emitidos como el CO2, CH4, o NOx entre otros, han desencadenado el calentamiento de la atmósfera

terreste; fenómeno conocido como efecto invernadero. La combusitión descontrolada de los combustibles fósiles

ha aumentado la emisión de CO2 en la atmósfera considerablemente. Además, la deforestación ha perjudicado el

proceso de fotosíntesis, disminuyendo la cantidad de materia organica y aumentando la presencia de gases

nocivos en el ambiente. Finalmente, la acumulación de residuos forestales y agrícolas han desencadenado

numerosos incendios y con ello, una pérdida de la biodiversidad. Por todas estas razones, los gobiernos han

fomentado en los últimos años el uso de energías limpias y renovables que ayuden a mantener un equilibrio

medioambiental y que inicien un nuevo camino en el desarrollo de las tecnologías futuras.

Es importante remarcar que no se trata de generar biomasa para producir energía, sino que se intentará producir

energía con la biomasa existente y que se ha considerado un residuo inutilizable hasta los últimos años. Se trata de

crear conciencia sobre los recursos que tenemos a nuestro alrededor y que no están siendo utilizados con

eficicacia. Por tanto, el objetivo será usar biomasa valorizable. No obstante, dado su marcada estacionalidad, es

conveniente, para la previsión de stock un sumunistro mínimo que garantice la alimentación de la caldera y la

generación de energía eléctrica. Este stock de seguridad se compondrá de culvitos energéticos de eucalipto. De

esta forma garantizamos un funcionamiento de la central en cualquier época del año y sin la dependencia de la

marcada estacionalidad de la biomasa residual. El uso de varias especies para la producción de biomasa es la

opción más ecológica ya que evitamos el monocultivo de especies.

La biomasa puede ser implementada en numerosas industrias para la generación de calor, electricidad o

biocombustibles. En este proyecto se describirá el funcionamiento de una central termoélectrica en la que, gracias

a la utlilizacion de productos forestales y agrícolas, podremos generar una transformación de energía térmica en

energía eléctrica. La biomasa es una materia prima barata, segura y eficiente, que consigue disminuir las

emisiones de gases nocivos, y no acelera el calentamiento global. Con el uso de esta energía, conseguiremos

fomentar el matenimiento de la biodiversidad, disminuir la erosión de los suelos, mantener limpios los bosques, y

reducir los residuos agrícolas. Si es cierto, que, para generar grandes cantidades de potencia, será necesario

implementar grandes cantidades de biomasa; y, por tanto, el diseño y la logística del almacenamiento en planta

será uno de los puntos críticos y más relevantes a la hora de planificar el funcionamiento de la planta de biomasa.

Actualmente el mayor desafio al que se enfrentan las plantas de transformación de biomasa es garantizar una

disponibilidad continua de combustible que admita unas dimensiones necesarias de la planta lo mas rentable

posible. Se trata de buscar un equilibrio en la industria que optimice los costes de recolección y transporte, y de

encontrar los medios para afrontar la incertidumbre del suministro de este tipo de recursos.

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2.2 Biomasa residual

La biomasa residual es la derivada de las actividades agrícolas, ganaderas y forestales. Son residuos que aun

tienen valor energético y que pueden ser utilizados como subproductos. El uso de estos subproductos ayuda a

reducir la contaminación de la atmósfera, reduce el riesgo de incendios, genera puestos de trabajo, reduce el

espacio en vertederos y contribuye al desarrollo rural.

Este tipo de biomasa puede clasificarse en función de su origen en: residuos agrícolas, forestales, industriales,

ganaderos y urbanos. En nuestra central termoeléctrica únicamente utilizaremos de tipo agrícola, forestal e

industrial.

Los residuos agrícolas corresponden a los restos producidos por cultivos herbáceos y por cultivos leñosos. Entre

ellos utilizaremos: orujillo, frutal, cepa de olivo, hoja de olivo, algodón, paja de maíz y paja de algodón. Estos

productos suelen ser tratados para disminuir su densidad y contenido de humedad para aumentar así su

rendimiento energénico. En nuestra central termoeléctrica la biomasa recibida tendrá ajustado el contenido en

humedad y por tanto no será necesario una fase de secado dentro de la cadena de producción de energía.

Materiales como: el orujillo, el algodón y la hoja de olivo, vendrán triturados y listos para su utlización. En

cambio, materiales como: la cepa de olivo, el frutal o los fardos de paja, tendrán que ser sometidos a una fase de

trituración para ajustar su granulometría. Son materiales que nos suministrarán cizallados o pretriturados.

Los subproductos agrícolas destacan por su fácil obtención y accesibilidad; esto unido a la ventaja de su obligada

gestión como residuos, los convierten en una materia prima ideal para obtener beneficios de su uso.

Es importante indicar que productos como la paja, también son destinados como alimento del ganado; sin

embargo, en la central se utlizará aquellas cantidades que no esten destinadas a tal fin y que simplemente sean

residuos.

Por otro lado, los residuos forestales son generados por las talas y en procesos como: podas, clareos o vías de saca.

Son residuos que deben ser retirados de los bosques ya que suponen un riesgo de incendio y de propagación de

plagas. En la central termoeléctrica vamos a utilizar poda de olivar y poda de jardinería. Estos productos se nos

suministrarán pretriturados, y por tanto será neceario someterlos a una fase de trituración para ajustar su

granulometría al igual que parte de los residuos agrícolas.

Finalmente, los residuos industriales serán forestales; es decir, aquellos que son generados en el sector de la

madera. Los aserraderos nos suministrarán costeros; mientras que fabricas de corcho, nos suministrarán serrín.

Los costeros tendrán que someterse a una fase de trituración y el serrín vendrá ya tratado.

Tabla 2-1. Biomasa residual utilizada en la central termoeléctrica de biomasa

Biomasa residual Formato de entrega Procesado necesario en planta

Frutal pretriturado Pretriturado Trituración

Frutal cizallado Cizallado Trituración

Poda olivar pretriturada Pretriturado Trituración

Hoja de olivo -

Cepa de olivar cizallada Cizallado Trituración

Podas de jardineria pretriturada Pretriturado Trituración

Costeros de aserradero Pretriturado/Cizallado Trituración

Orujillo -

Serrin corcho -

Algodón tamizado -

Paja mata algodon Fardos Trituración

Mata de algodon pretriturada Pretriturado Trituración

Paja de maiz Fardos Trituración


2.3 Cultivos energéticos

La biomasa energética se constituye por aquellos cultivos forestales o agrícolas que únicamente se originan con un

fin energético. Son cultivos que, gracias a su concentración espacial y predictibilidad de su disposición, garantizan

un suministro mínimo en la central termoeléctrica. Además, son resistentes a las plagas, a la sequía asi como a las

enfermedades. Presentan gran facilidad para adaptarse a terrenos dificultosos y facilidad para un crecimiento

rápido.

Las ventajas de estos cultivos a traido consigo el desarrollo de nuevas industrias como la agroelectricidad, es

decir, la generación de electricidad a partir de cultivos expresamente realizados para este fin. Es una forma de

seguir sacando partido a la naturaleza siempre y cuando sigamos manteniendo el equilibrio medioambiental.

Debemos evitar que estos cultivos sean especies invasoras e intentar mantener en la medida de lo posible, la

biodiversidad del terreno.

Existen varios tipos de cultivos energéticos en función de su aprovechamiento final. En el caso que nos ocupa, de

producción de energía térmica y eléctrica, lo más común es utilizar biomasa lignocelulósica. Pueden ser especies

leñosas como el eucalipto o herbáceas como el cardo.

Actualmente, el eucalipto esta revolucionando el sector de la biomasa. Es una especie capaz de absorver grandes

cantidades de CO2 en su entorno y muy beneficiosa a la hora de regenerar espacios verdes. El eucalipto posee una

enorme velocidad de crecimiento. Suelen cortarse tres o cuatro veces al año, renaciendo en apenas dos meses con

una altura de 2 metros aproximadamente. Esta fuente sostenible de energía y materia para la industria destaca por

su gran versatilidad, productividad y capacidad de adaptación; lo que la convierten en una fuente de energía

renovable idónea para centrales termoeléctricas.

Desde el punto de vista económico, es una especie barata ya que no requiere de cuidados específicos como

fertilizantes y tampoco es necesario mucha agua para su conservación y crecimiento. Podrán por tanto generarse

grandes plantaciones de eucalipto como biomasa. Estas plantaciones deberán realizarse de forma planificada para

evitar monocultivos que generen problemas como: la erosion de los suelos, degradación de tierras o

modificaciones de ecostistemas. Para evitar estos problemas se debe analizar y ordenar el territorio de manera

adecuada utilizando criterios mediambientales que promuevan un equilibrio.

En nuestra central termoélectrica haremos uso de tocones de eucalipto y de eucalipto cizallado y triturado. Estos

productos van a constituir el 33 % de la materia prima anual.

Tabla 2.2 Biomasa energética utilizada en la central termoeléctrica de biomasa

2.4 Combustión de la biomasa

La biomasa es la energía solar convertida por la vegetación en materia orgánica a través del proceso de

fotosíntesis; esa energía se puede recuperar por combustión directa, o transformando la materia orgánica en otros

combustibles. Mediante distintos procesos de transformación de energía podremos generar: calor, vapor,

combustibles gaseosos, biocombustibles, o electricidad.

La producción de nuestra planta industrial, con materias primas forestales y agrícolas, consistirá en la generación

de calor y vapor mediante la combustión de dicha biomasa. Este calor se utilizará como un subproducto para su

posterior tranformación en electricidad. La electricidad será nuestro producto a comercializar; teniendo en cuenta

que parte de ella se utlizará para alimentar los sistemas auxiliares de nuestra central.

La combustión es un proceso termoquímico que consiste en la reacción de oxidación de un combustible. Esta

reacción se produce en presencia de oxigeno y a unas temperaturas elevadas entorno a 800-1000ºC. Podremos

introducir el oxigeno como un componente puro, auque lo más habitual es utilizar lo que conocemos como

comburente. Esto implica introdurir oxigeno junto con otros gases.

Biomasa energética Formato de

entrega

Procesado necesario en

planta

Eucalipto tocon cizallado Cizallado Triturado

Eucalipto - astillado /triturado Triturado _

14

El comburente más ultilizado es el aire. Es el oxidante empleado con mayor frecuencia por su fácil obtención y su

coste nulo. Por otro lado, el combustible será la biomasa forestal y agrícola que constituyen la materia prima de

nuestra planta industrial. De la reacción de combustión se obtiene energía en forma de calor, dióxido de carbono,

agua y cenizas. Utilizaremos ese calor generado en la reacción de oxidación para la posterior transformación de

esa energía térmica liberada en electricidad.

La combustión es el proceso más difundido y más rentable en la actualidad para la ultización de la biomasa con

fines energéticos. Será necesario controlar algunos parámetros para conseguir que esta reacción sea lo más

eficiente posible. Tendremos que asegurar la presencia de aire y biomasa en una cantidad suficiente para que se

produzca la reacción completa entre ambos y evitemos la presencia de inquemados; ya que supondrán una

disminución del rendimiento del proceso en cuestión y una perdida de energía. La temperatura de la combustión

será también un parámetro clave. Tendrá que ser lo suficientemente alta para alcanzar la temperatura de

inflamación del producto oxidado. Se utilizará un sistema de encendido para iniciar la reacción.

La reacción pasará por varias etapas hasta el quemado completo de la biomasa. Incialmente, el agua contenida en

los productos forestales y agrícolas se evaporarán antes de que comience la combustión como tal. Parte del calor

se pierde en esta primera etapa y por tanto conviene disminuir el contenido de humedad de los productos en una

etapa previa de secado. A partir de 150ºC comienza la reacción de oxidación gradualmente. Es entonces cuando se

alcanza la temperatura de ignición. Una vez alcanzados los 275 ºC aproximadamente, la biomasa comenzará a

liberar la fracción volátil hacia la zona superior de la caldera, ardiendo como un combustible gaseoso y elevando

la temperatura de los humos. La fracción no volátil, se combustionará en la parte inferior de la caldera. Finalmente

quedarán sustancias inorgánicas no combustionadas conocidas como cenizas. Estas tendrán que ser tratadas como

residuos del proceso termoquímico. Será conveniente disminuir su cantidad en la medida de lo posible. Es

interesante indicar que, al utilizar biomasa forestal y agrícola, estas cenizas podrán utlizarse en algunos casos

como fertilizantes.

Para medir de una manera eficiente y real la cantidad de energía que vamos a obtener de una determinada cantidad

y tipo de biomasa utilizaremos como indicador el poder calorífico. Este parámetro mide la energía térmica

desprendida en la combustión completa de un combustible, tomando el combustible y el comburente a una

temperatura y presión de referencia. Concretamente, el poder calorífico inferior, tiene en cuenta la parte de calor

que es liberada en la primera etapa de evaporación del agua contenida en los productos y producida en la reacción.

El aire necesario para la combustión se introducirá mediante dos vías, distinguiendo asi: aire primario y aire

secundario. El aire primario se introducirá por la parte inferior de la caldera con el objetivo de iniciar la

combustión; mientras que el aire secundario se introducirá por la parte superior y supondrá una cantidad en exceso

de aire adicionada con el objetivo de asegurar una combustión completa. El aire en exceso garantizará que toda

molécula de combustible reaccionará con una molécula de oxigeno durante el rápido proceso de la reacción. Esta

cantidad debe controlarse para evitar que la temperatura en el interior de la caldera no disminuya

considerablemente y dificulte la reacción de oxidación. Por esta razón, se considera adecuado un exceso de

oxigeno en un 5-10% en los gases de combustión.

2.5 Evolución del marco normativo y situación actual

2.5.1 Conferencia de las partes. Protocolo de Kioto

Desde hace décadas existe una sensibilización creciente sobre el impacto mediamiental que tienen las actividades

humanas. El debate internacional sobre el cambio climático se ha centrado en gran medida en el compromiso de la

reducción de emisiones de gases de efecto invernadero: Dióxido de carbono, gas metano, óxido nitroso,

hidroflurocarbono, perfluorocarbono y hexafluoruro de azufre)

En la actualidad, la lucha mundial contra el cambio climático es liderada por la Organización de Naciones Unidas

(ONU). Esta trabaja a través de distitnos órganos, dentro del Convenio Marco de las Naciones Unidas sobre el

Cambio climático (CMNUCC) siguiendo las directrices del Protocolo de Kioto de 1997 y del Acuerdo de París

adoptado en 2015.


El objetivo final de todos los acuerdos en el marco de la CMNUCC es estabilizar las concentraciones de gases de

efecto invernadero en la atmósfera a un nivel que evitará la interferencia peligrosa del ser humano en el sistema

climático en el plazo de tiempo que permita a los ecosistemas adaptarse naturalemente y que haga posible el

desarrollo sostenible.

La Convención Marco de las Naciones Unidas cuenta en la actualidad con 197 Partes que se reúnen

periódicamente dentro de las llamadas Conferencias de las Partes. La última reunión se celebró en Bonn duranto

los días 6 al 17 de noviembre de 2017. En ella se elaboró las normas de aplicación del acuerdo de París y se

propuso aumentar la ambición de los compromisos de los Estados.

El Protocolo de Kioto es un documento legal que limita las emisiones netas de gases de efecto invernadero por los

principales países desarrollados y con economía en transición. Fue elaborado durante la 3º sesión de la

Conferencia de las Partes en Kioto y entró en vigor tras ser ratificada por Rusia en el año 2004. Los países que

firmaron el acuerdo se comprometían a reducir individual o conjuntamente, durante el periodo 2008-2012, al

menos en un 5% las emisiones de los gases objeto de control, tomando como referencia las emisiones de gases en

el año 1990. Al no conseguirse los objetivos acordados, el Protocolo de Kioto se prorrogó para el periodo 2013-

2020.

En diciembre de 2015, durante la 21 Conferencia de las Partes celebrada en París, los 195 países miembros

negociaron el Acuerdo de París. Su objetivo es mantener el aumento de la temperatura media mundial muy por

debajo de 2 ºC, y proseguir los esfuerzos para limitar ese aumento a 1,5 ºC con respecto a los niveles

preindustriales.

Acorde a estos compromisos, la Unión Europea ha desorrallado en los últimos cincuenta años una serie de

instrumentos legales en materia de política ambiental haciendo compatibles el desarrollo económico y social y la

preservación de nuestros recursos naturales.

En junio de 2018 el Parlamento, la Comisión y el Consejo Europeo acordaron la directiva de energías renovables,

según el cual, el 32% de toda la energía final consumida en la UE en 2030 debe ser de origen renovable. Este

acuerdo afecta por primera vez a la biomasa con fines térmicos y en especial a los criterios de sostenibilidad para

todo tipo de plantas mayores de 20MW. En la actualidad la cuota de renovables en la UE es del 17%.

2.5.2 Límite de emisiones de gases

La legislación vigente en España en cuato al límite de emisiones de gases de efecto invernadero es la referente al

Real Decreto aprobado por el Gobierno el 22 de diciembre de 2017. Este resulta de la transposición de la

Directiva (UE) 2015/2193 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 25 de noviembre de 2015 y limita las

emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx), dióxido de azufre (SO2) y partículas en suspensión procedentes de

instalaciones de combustión medianas (entre 1 y 50 MW) incluidas las instalaciones de biomasa, biogás y las

redes de calor.

Será aplicable a todo el territorio español a excepción de las instalaciones de combustión medianas situadas en el

territorio de la Comunidad Autónoma de Canarias que tiene valores límite de emisión específicos. Para el caso

que nos ocupa, segúen el Anexo III del Real Decreto, para las nuevas instalaciones de biomasa, los límites son:

Contaminante Biomasa sólida Otros combustibles sólidos

SO2 200 (mg/Nm3) 400 (mg/Nm3)

NOx 300 (5) (mg/Nm3) 300 (5) (mg/Nm3)

Partículas en suspensión 20 (7) (mg/Nm3) 20 (7) (mg/Nm3)

Tabla 2-3 Valores límite de emisión para las instalaciones de combustión medianas nuevas que no

sean motores ni turbinas de gas

16

(5) 500 mg/Nm3 en el caso de instalaciones con una potencia térmica nominal total igual o superior a 1 MW e

inferior o igual a 5 MW.

(7) 50 mg/Nm3 en el caso de instalaciones con una potencia térmica nominal total igual o superior a 1 MW e

inferior o igual a 5 MW; 30 mg/Nm3 en el caso de instalaciones con una potencia térmica nominal total superior

a 5 MW e inferior o igual a 20 MW.

Según la Directiva Europea se deberá cumplir con unos plazos de manera que estos valores límites entrarán en

vigor a partir del 20 de diciembre de 2018 para las instalaciones de combustión medianas nuevas; a partir del 1 de

enero de 2025 para las instalaciones existentes de más de 5 MW, y a partir del 1 de enero de 2030 para las ya en

marcha de menos de 5 MW.

En concreto, las comunidades autónomas podrán eximirse del cumplimiento de los valores límite de emisión de

partículas hasta el 1 de enero de 2030 a las instalaciones que queman biomasa sólida como combustible principal

situadas en zonas que cumplan con los valores límite establecidos en dicho real decreto. Aunque advierten que, en

cualquier caso, no superarán los 150 mg/Nm3.

2.6 Objetivo del proyecto

Desde el punto de vista social y económico, la biomasa fomenta la creación de empleo rural. Actualmente

constituye un papel importante en el mundo de la industria pues promueve la diversificación energética y la

reducción de dependencia de fuentas externas de energía. Permite hacer uso de energía de una forma autóctona y

local; y por tanto un desarrollo de la propia economía. Esto supone también una reducción de costes en suministro

y transporte.

España es un país forestal ya que el 57 % de la superficie total supone masas arbóreas. Es el tercer país europeo

por recursos absolutos de biomasa forestal. Por esta razón, podemos decir que la biomasa es un recurso y una

energía abundante en nuestro país que se encuentra a la espera de ser utilizada. Debemos ser conscientes que la

energía aportada por 3 kg de biomasa equivale a 1 litro de gasolina.

El objetivo de este proyecto es ilustrar el funcionamiento de una central termoélectrica de biomasa asi como cada

una de las fases de diseño que tienen lugar a lo largo de la ingeniería básica del proyecto en cuestión. Se trata de

mostrar uno de los posibles usos de los residuos forestales y agrícolas desde el punto de vista ingenieril.

La central termoéléctrica utilizará los residuos forestales y agrícolas, procesará en una fase de trituración aquellos

que no tengan la granulometría ajustada, y se conducirán hacia una caldera industrial donde se producirá su

combustión. El objetivo será transformar la energía química de la biomasa en energía térmica, a continuación, con

ayuda de una turbina, transformaremos la energía térmica en energía mecánica y finalmente, con un generador,

obtendremos energía eléctrica.

La cadena productiva de la central termoeléctrica consistirá en una transformación de energía continua en la que

intentaremos minimizar las pérdidas y obtener la mayor eficiencia posible.

La biomasa presenta densidades muy bajas en las fases previas a su trituración y por tanto en este tipo de plantas

industriales, el diseño logístico de almacenamiento será uno de los puntos cruciales a tener en cuenta en el

desarrollo del proyecto. Se explicarán las fases de procesado del material que son necesarias para ajustar la

granulometría, la humedad y el poder calorífico del caudal de biomasa que alimentará la caldera. A continuación,

acorde al tipo de biomasa y a las condiciones de energía se seleccionará una caldera, una turbina y un generador.

A lo largo de proyecto también se describirán los sistemas auxiliares que hacen posible el funcionamiento de la

central. Entre estos sistemas destacamos: el sistema de protección contra incendios, el sistema de evacuación de

aguas, el sistema de abastecimiento de agua, y el sistema eléctrico. Finalmente contaremos con un presupuesto de

la planta en base al diseño propuesto.

Se trata de dejar constancia de la transición energética que se esta dando en los últimos años, y de la necesidad de

innovar en la línea de energías renovables, siendo conscientes del papel importante que suponen en la economía

rural, en el medio ambiente y en la sociedad: riqueza y empleo, este tipo de recursos.


3 PARÁMETROS INICIALES

3.1 Horas de funcionamiento. Horas de parada

La central termoeléctrica funcionará 24 horas al dia durante 7 días a la semana. Suponiendo 365 días al año, se

estima un total de 8760 horas anuales.

El mantenimiento de la planta es uno de los factores determinantes en la operatvidad y eficiencia de la misma. Será

necesario destinar parte de las 8760 horas al cuidado preventivo y a la revisión de los equipos e instalaciones. Estas

horas se estiman con una duración de un mes, lo que equivale a 760 horas al año. Durante ese periodo de tiempo, la

planta permanecerá parada. Esto nos brinda la oportunidad de intervenir en determinados equipos en los que

normalmente no es posible acceder durante el funcionamiento normal. Es importante destacar, que la turbina, será

la única turbomáquina que mantendrá un funcinamiento mínimo. Girará lentamente para evitar la deformación del

eje. Por esta razón, será relevante preveer un sistema de alimentación eléctrico mínimo para estas horas de parada.

Se procede a un funcionamiento eléctrico sin la central de generación. El interruptor general de red permanecerá

cerrado, alimentando los equipos auxiliares de la planta. En cambio, el interruptor que comunica el generador con el

transformador principal permanecerá abierto. La energía consumida será procedente de la red eléctrica.

Las horas de funcionamiento serán, por tanto, de 8000 horas al año.

3.2 Potencia instalada

La producción de la planta será de 20 MWe, equivalente a 480 MW/ día. Teniendo en cuenta que la central

termoeléctrica funcionará durante 8000 horas al año, conseguiríamos una producción de 160.000 MWe anuales.

3.3 Cantidad de biomasa necesaria

1 Kg Biomasa 2.500 PCI Kcal/Kg

4,18 J /cal

10.450 PCI KJ /Kg

2,90 KwTh/Kg

25% Rendimiento ciclo

0,73 KWe /Kg

Tabla 3-1. Estimación de la potencia térmica y eléctrica contenida en 1 Kg de biomasa

Potencia 160.000 Mwe anuales

Consumo biomasa 219.178,08 Tm biomasa año

(Potencia anual /Potencia eléctrica en una tonelada de

biomasa)

Almacen de biomasa 39.850,5604 Tm 2 meses

Entrada diaria 1.000 Tm dia (durante 5 días a la semana)

Consumo diario

caldera

664,176 Tm dia (durante 7 dias a la semana)

Tabla 3-2. Estimación del consumo de biomasa anual, biomasa almacenada y consumo diario de caldera

18

La cantidad de biomasa almacenada para el suministro de la caldera durante dos meses de funcionamiento se

estima teniendo en cuenta la cantidad de biomasa anual que se necesita para una potencia de 20 MWe y el

funcionamiento de este equipo durante 11 meses de 30 días al año.

Para disponer de la biomasa necesaria, recibiremos 1.000 Tm al dia durante 5 días a la semana.

El consumo de la caldera se estima teniendo en cuenta el consumo de biomasa anual y el funcionamiento de la

caldera durante 11 meses de 30 días.

3.4 Cantidad, tipo y origen de la biomasa utilizada

Material Tipo Biomasa TN

Eucalipto tocon cizallado Madera leñosa 6.000,00

Eucalipto - astillado /triturado Madera leñosa 80.000,00

Frutal pretriturado Madera leñosa 5.000,00

Frutal cizallado Madera leñosa 10.000,00

Poda olivar pretriturada Madera leñosa 23.500,00

Hoja de olivo Madera leñosa 15.000,00

Cepa de olivar cizallada Madera leñosa 17.000,00

Podas de jardineria pretriturada Madera leñosa 10.000,00

Costeros de aserradero Madera leñosa 3.000,00

Orujillo Herbácea. Agricola 40.000,00

Serrin corcho Madera leñosa 4.000,00

Algodón tamizado agrícola 7.000,00

Paja mata algodon Herbácea. Agrícola 10.000,00

Mata de algodon pretriturada Herbácea 25.000,00

Paja de maiz Herbácea 5.000,00

260.500 TN

Tabla 3-3 Cantidad de biomasa suminstrada anualmente en la central termoeléctrica

La biomasa utilizada en el proceso de combustión será de tipo forestal y agrícola. Serán residuos y cultivos

energéticos. Vendrán cizallados, pretriturados o triturados; por tanto, algunos de los productos tendrán que pasar por

un tratamiento previo que ajuste su granulometría y homogenice la entrada en la caldera. El contenido en humedad

de los productos ya vendrá ajustado. Será inferior al 30 %.

Respecto al origen, según el Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción

de energía eléctrica en régimen especial, nuestra central termoeléctrica se clasifica como el grupo b.6 que agrupa a:

Centrales que utilicen como combustible principal biomasa procedente de cultivos energéticos, de residuos de las

actividades agrícolas o de jardinerías, o residuos de aprovechamientos forestales y otras operaciones selvícolas en

las masas forestales y espacios verdes, en los términos que figuran en el anexo II.


La cantidad de biomasa necesaria para conseguir la producción objetivo será concretamente de 219.178,08 Tm

biomasa/ año. Considerando que el año de funcionamiento equivale a 11 meses, necesitaremos 19.925,28 Tm /mes

aproximadamente.

Para tener en cuenta los posibles residuos e inquemados que se generan en la cadena productiva, la planta se

dimensionará con una cantidad de 260.500 Tm de biomasa anuales. Se nos proporcionará una cantidad de 1000 Tm

/dia de biomasa. Los proveedores nos la suministraran a través de camiones durante una jornada laboral de 8 horas

diárias y 5 días a la semana.

20

4 EMPLAZAMIENTO GEOGRÁFICO

Para determinar el emplazamiento geográfico de la planta de biomasa debemos tener en cuenta la

disponibilidad y accesibilidad del producto en cada punto del territorio español. También será importante estudiar

los distintos accesos de circulación en las parcelas disponibles para agilizar la entrega del suministro y facilitar el

tránstito de los camiones o maquinaria de construcción. Este tipo de facilidades supondrán ventajas económicas, ya

que reducirá los costes de transporte.

El fin económico de la central termoeléctrica será vender electricidad a la Red Eléctrica Española, por tanto,

debemos facilitar las conexiones. Emplazamientos próximos a la red eléctrica reducirán la cantidad de cables.

También tendremos que tener acceso a una fuente natural de agua (lago, río o embalse) para conectar el circuito de

refrigeración de los equipos de la planta.

Todo ello es importante pero no debemos olvidar los objetivos principales que impulsan la construcción de la

central desde el punto de vista medioambiental. Entre ellos se encuentran:

• Minimizar los residuos forestales y agrícolas

• Disminuir el riesgo de incendios forestales

• Limpiar los bosques

• Disminuir las emisiones de gases nocivos a la atmósfera

Es conveniente conocer en que zonas la existencia de biomasa forestal y agrícola es dominante, que rendimiento

supone nuestra planta en cada una de estas zonas y el coste en fución del origen del producto. Basandonos en datos

sobre la disposición de los distintos tipos de biomasa en el mercado y su potencial en los distintos orígenes,

estableceremos un criterio de emplazamiento geográfico.

Los datos se extraen del Estudio promovido por el IDAE (Instituto para la Diversificación y ahorro de la Energía)

en el marco de la elaboración del Plan de Energías Renovales (PER) en España 2011-2020. De el, podemos conocer

las cantidades de biomasa en cada una de las comunidades autónomas, los productos más relevantes en cada una de

ellas, asi como el coste de la biomasa en cada región.

El suministro de nuestra planta estará compuesto en un 45,12% de masa forestal, en un 33% de masas leñosas

susceptibles de implantar en terrero forestal y en un 21,89 % de restos agrícolas. Teniendo eso en cuenta, hemos

seleccionado datos que hacen referencia a esos tipos de biomasa.

En primer lugar, se desarrolla una selección de las comunidades autónomas con más potencial en esos tipos de

productos. A continuación, una vez elegidas las regiones posibles, se procede a establecer un criterio desde el punto

de vista medioambiental. Se intentará reducir al máximo posible los residuos existentes en una comunidad

autónoma. Eso garantizará la funcionalidad de la central en dicho lugar. Finalmente, se tendrá en cuenta un criterio

económico mediante el estudio de los costes medios de los productos.


Comunidades Autonomas

en las que predomina la

masa forestal

Comunidades Autónomas en las

que predomina la masa leñosa

susceptible de implantar terrero

forestal

Comunidades Autónomas en

las que predominan los restos

agrícolas

Andalucia

Castilla y León

Extremadura

Galicia

Andalucia

Castilla y León

Extremadura

Galicia

Castilla y León

Cataluña

Extremadura

Valencia

Catilla la Mancha

Aragón

Tabla 4-1. Comunidades autónomas con mayor potencial de biomasa en función del tipo de producto

Tal y como podemos observar, las comunidades autónomas que nos suministran en grandes cantidades los tres tipos

de productos que necesitaremos son: Extremadura, y Castilla y León. Son dos posibles emplazamientos para

implantar la central termoeléctrica de biomasa.

Según el Estudio sobre Evaluación del Potencial de Energía de la Biomasa, actualmente España dispone de

88.677.193 Tm/ año de biomasa forestal y agrícola. Castilla y León con 15.262.310 Tm/año, supone el 17,21 %;

mientras que Extremadura con 6.814.012 Tm/ año, supone el 7,68%. Según esta comparativa, el suministro de los

productos estaría asegurado con mayor certeza si implantásemos la planta en Castilla y León.

El consumo anual de nuestra central serán 260.500 Tm/año. Si situásemos la central en Extremadura,

conseguiríamos reducir los residuos en un 3,8%; en cambio, si la situásemos en Castilla y León, se reducirían en un

1,7%. Considerando que la reducción de residuos y la limpieza de los bosques es uno de los objetivos

medioambientales del proyecto, Extremadura sería el emplazamiento que haría posible alcanzar con mayores logros

las metas establecidas.

Finalmente, también es necesario considerar un criterio económico que nos permita conocer el coste y la

rentabilidad del proyecto en los distintos lugares posibles.

En la tabla adjunta se reflejan los costes medios de cada producto en las comunidades autónomas de Castilla y

León, y Extremadura. Calculado el coste medio de la biomasa que nosotros vamos a utilizar, se puede observar que

el coste en Castilla y León se encuentra por encima del coste en Extremadura.

Comunidad

Autónoma

Masa Forestal Masa leñosa

susceptible de

implantar en terreo

forestal

Restos

agrícolas

Precio medio de

la obtención de

la biomasa en

España

Castilla y León 35,82 € / Tm 42,99 € /Tm 21,27 €/ Tm 33,36 €/ Tm

Extremadura 33,415 € /Tm 44,96 €/ Tm 20,07 € / Tm 32,815 € / Tm

Tabla 4-2. Costes medios de la obtención de la biomasa

22

Realizando un balance comparativo de los distintos puntos que se han estudiado: suministro, objetivo

medioambiental, y coste; podemos concluir que Extremadura será un punto geográfico que nos permitirá cumplir

con nuestras metas mediambientales y energéticas, unidas a una rentabilidad económica desde el punto de vista del

coste del producto utilizado.

Una vez elegida la comunidad autónoma, se procede a seleccionar una parcela. Dado que la biomasa presenta

densidades muy reducidas, la superficie de almacenamiento se verá incrementada considerablemente.

Necesitaremos grandes superficies de terrero. Sabiendo que una planta de biomasa de 50 MW ocupa entorno a 50

hectáreas, la superficie que buscamos rondará las 20 hectáreas.

La parcela elegida se muestra en la imagen adjunta:

Figura 4-1. Vista satélite de la parcela seleccionada (I)

Figura 4-2. Vista satélite de la parcela seleccionada ( II)


Figura 4-3. Plano Red Eléctrica Española en la provincia de Mérida

Figura 4-4. Leyenda Plano Red Eléctrica Española en la provincia de Mérida

24

5 MOVIMIENTO DE TIERRAS

Denominamos movimiento de tierras al conjunto de actuaciones realizadas sobre el terreno antes de comenzar

la obra. La parcela seleccionada se encuentra en un polígono industrial urbanizado y por este motivo, no se

requerirá un movimiento de tierras muy dificultoso. El movimiento de tierras previsto a realizar implicará las

siguientes tareas:

- Topografía

- Replanteo

- Desbroce para limpiar de impurezas el terreno

- Excavaciones localizadas para cimentaciones, pozos, arquetas, y zanjas de infraestructura

- Excavaciones para cajeado en viales y naves

- Rellenos con materiales procedentes de la excavación, seleccionados y zahorras artificiales

- Trabajos de mejora de terreno según el PG3 donde sean necesarios

- Trabajo de plantaciones de especies autóctonas en las zonas de la planta no urbanizadas.


6 LAY OUT

La parcela en la que se va a construir la planta de biomasa tiene una superficie de 29 hectáreas

aproximadamente. Sin embargo, una vez estimadas las dimensiones de las naves y las superficies de

almacenamiento en base a la capacidad de la producción objetivo, se puede afirmar que no será necesario ocupar la

parcela en su totalidad. Obviaremos parte del terreno situado al norte contanto únicamente con 25 hectáreas para la

distribución en planta de cada uno de los elementos.

En el lado oeste, tendremos la vía de circulación N-630. En el norte y en el este, la parcela será colindante a una

zona forestal; mientras que el resto de la zona perimetral estará ubicada en un polígono urbanizable en el que se

encuentran ya construidas las vías de acceso.

El terreno se habilitará realizando un movimiento de tierras. Aplicaremos un retranqueo de 5 m a lo largo del

perímetro; salvo en la zona que se encuentra junto a la zona forestal en la que el retranqueo aplicado será de 25 m

según la normativa de protección contra incendios.

Los principales elementos de la parcela se encuentran enumerados en la siguiente figura adjunta.

Figura 6-1 .Distribución de los principales elementos que componen la planta de biomasa

1. Zona 1 almacenamiento intemperie

2. Zona 2 almacenamiento intemperie

3. Zona de muestreo

4. Básculas

5. Nave de fardos

6. Planta de trituración

7. Silo horizontal

8. Nave de productos triturados

9. Cribado

10. Silos pulmón de caldera

11. Caldera

12. Nave equipos de generación

13. Torre de refrigeración

14. Centro de transformación y subestación

15. Equipos de protección contra incendios

16. Zona de oficinas

26

La disposición se basará en la propia cadena productiva, optando por un planteamiento coherente y ordenado de los

elementos que incida positivamente en el rendimiento de la planta de biomasa.

Para la entrada y salida de la parcela, contaremos con 4 accesos independientes. El acceso A se destina únicamente

para uso de emergencias o bomberos. Por él, los vehículos podrán acceder a viales perimetrales a la campa de 2,6 m

de ancho y de doble sentido. El acceso B se utilizará para los camiones que transporten material cizallado,

pretriturado o fardos y que se dirigirán a la campa intemperie o nave de fardos respectivamente. Como medida de

prevención, el acceso A y B se interconectarán mediante los viales perimetrales a la campa. El acceso C lo

utilizarán los camiones que transporten biomasa triturada y que no se procesará en la planta de trituración.

Finalmente, el acceso D, se destina únicamente para la entrada en oficinas y centro de control.

Contaremos con dos básculas en los viales del acceso C, y con 4 básculas en los del acceso B. Tendrán unas

dimensiones de 3,9 x 28,6 m y se utilizarán para el pesaje de los camiones antes y después de su descarga. Con ello

conseguiremos obtener un seguimiento de las cantidades de biomasa que nos suministren.

Para el caso de los materiales pretriturados y cizallados, se colocorá una zona previa a la campa destinada al

muestreo. El objetivo será controlar parámetros como la humedad o la granulometría de la biomasa que no

protegeremos de las inclemencias del tiempo con elementos estructurales.

La campa intemperie se distribuirá en dos zonas para facilitar el acceso de los vehículos o maquinaria y la

clasificación del material. Las pilas se separarán a una distancia de 3 m en horizontal. Entre cada una de las hileras

dejaremos accesos de 10 m de ancho para las palas cargadoras y la maquinaria de apilamiento. Contaremos con

accesos independientes a cada una de las hileras para agilizar el apilamento y el transporte a la planta de trituración.

La nave de fardos contará con una superficie perimetral de 6 m de ancho. Los camiones irán depositando el material

en el exterior de la nave. A continuación, una máquina independiente, se encargará de recoger cada uno de los

fardos, prensarlo y apilarlo en el interior de la nave. De la misma forma, se extraerán para su transporte a la planta

de trituración. Para ello se habilita un vial de dobe sentido de 2,6 m de ancho.

Por otro lado, los suministros de productos triturados, también se someterán a un pesaje mediante una báscula de las

mismas dimensiones que las situadas en el acceso B. Estos camiones se encargarán de depostitar el material en

tolvas subterráneas situadas en el exterior de la nave de productos triturados. Se colocará una cinta transportadora

cubierta en cada una de las tolvas para elevar el material a una altura de 7 m de la nave. Los trippers se encargarán

de ir apilando el material en las distintas hileras.

Los materiales almacenados en la campa intemperie y en la nave de fardos se transportarán a la platan de

trituración. Una vez procesada, la biomasa se conducirá mediante dos tornillos sin fin, uno de cada trituradora, hacia

una tolva pulmón. Una cinta transportadora cubierta se encargará de elevar ese material a la zona superior del silo

horizontal para su almacenamiento.

La extracción de material del silo horizontal se realizará mediante un tornillo extractor situado en la base y se

conducirá hacia la zona de cribado mediante una cinta transportadora cubierta. La biomasa de la nave de productos

triturados se recogerá mediante reclaimers laterales que irán depositando el material en cintas transportadoras. Estas

se dirigirán también a la zona de cribado.

Junto a la criba, colocaremos dos tolvas pulmón. Una de ellas se utilizará para depostitar el material que extraemos

del silo horizontal y de la nave de productos triturados; mientras que la segunda se utilizará para depositar el

material que haya sido cribado.

El material se conducirá hacia los silos pulmón de caldera situados junto a la criba y en las proximidades de la

caldera acuotubular. Colocaremos un depósito de nitrógeno para regular la mezcla de aire de los silos y evitar la

autocombustión. La superficie urbanizada en las que encontramos: los silos, el depósito de nitrógeno, las tolvas y la

criba, presenta unas dimensiones de: 147 x 89 m

La caldera se protegerá con una estructura metálica de 30 x 45 m. A una distancia de 8 m desde la caldera,

colocaremos la nave de equipos de generación en la que albergará: la turbina, el generador y los equipos auxiliares

tales como el sistema de lubricación. Junto a esta nave, se colocará la torre de refrigeración del circuito agua- vapor.

Cada uno de estos elementos contarán con una superficie libre perimentral de 6 m de ancho y con viales de 2,6 m

que recorrerán su entorno y que darán acceso a estas superficies.


Junto a la caldera, colocaremos los equpos de protección contra incendios: un sistema de bombeo, un sistema de

dosificación de espumógeno y un depósito de reserva de agua con un diámetro de 26 m. Todos ellos se situarán en

una superficie de 2.259 m2. A una distancia de 64 m encontramos la nave de productos triturados, y a una distancia

de 48 m estará la zona destinada a los edificios de oficiones y de control.

El edificio de oficinas ocupará una superficie de 16 x 16 m. En el se ubicarán las salas de reuniones, oficinas de

personal, vestuarios y aseos. El edificio de cotrol ocupará la misma superficie que el de oficinas. En el se procesarán

los datos de la central termoeléctrica, se controlarán los parámetros de funcionamiento de la caldera, turbina y

generador, además de contar con datos de la zona de muestreo y de las básculas.

En la zona de oficinas y control, colocaremos un parking para el personal de la planta.

El centro de transformación se localizará en las proximidades de la nave de equipos de generación. Destinaremos

una superficie para ubicar los equipos necesarios para la red de evacuación y la red de abastecimiento de

electricidad. Estará próximo al límete de la parcela y en un lugar estratégico para minimizar la longitud de

conexiónes.

Los espacios que no esten cubiertos por viales, naves o equipos no estarán urbanizadas. En ellas plantaremos

especies autóctonas hasta que sean utilizadas para ampliaciones futuras o para situar elementos auxiliares y de

control necesarios para el funcionamiento de la planta de biomasa. Se intentan dimensionar y distribuir de la mejor

manera posible con el objetivo de flexibilizar las ampliaciones desde todos los puntos de vista: almacén, control, o

generación.

En la zona oeste y sur de la parcela se colocará un vallado de muro y verja metálica. El muro será de hormigón de 1

m de altura; mientras que la verja será de 2 m. La verja se compondrá de barrotes hozizontales y verticales y se

someterá a un tratamiento de anticorrosión.

Desde el punto de vista de la urbanización, podemos comentar que en la zona norte y este de la parcela se colocará

una malla metálica de 3 m de altura. Será una malla simple a torsión de 8 mm de paso y 1,1 mm de diámetro con

acabado de acero galvanizado.

Los firmes se determinan en función del tipo de vehículo que circula: pesado o turismo, pero siempre

dimensionando en la situación más desfavorable. Atendiendo a la normativa 6.1- IC Secciones de Firme, de la

Instrucción de Carreteras, clasificamos el transito de vehículos como T42, es decir, menos de 25 vehículos al día.

La formación de los firmes vendrá además determinada por el valor del módulo de compresibilidad en el segundo

ciclo de carga. Este valor queda recogido en el estudio geotécnico de la parcela. Suponiendo que toma un valor

inferior a 60 MPa, sabemos que los firmes se compondrán de los siguientes materiales:

- Opción 1: 35 cm de zahorra artificial y 5 cm de mezcla bituminosa

- Opción 2: 25 cm de suelo cemento y 5 cm de mezcla bituminosa

- Opción 3: 20 cm de zahorra artificial y 18 cm de hormigón de firme

Para los viales seleccionaremos la opción 1; mientras que para las zonas de oficinas optaremos por la opción 2 ya

que los vehículos serán turismos y la carga soportada en estas zonas será inferior.

28

7 ALMACÉN.PLANTA DE TRITURACIÓN

El almacenamiento se dimensionará acorde a la cantidad de biomasa necesaria para abastecer la caldera

durante dos meses sin el suministro de ningún proveedor. Se distribuirá en 5 almacenes bien diferenciados: una

campa de intermperie, una nave abierta, un silo horizontal, una nave de productos triturados, y un almacenamiento

pulmón de caldera. Para su diseño se tendrá en cuenta el tipo de producto, granulometría y formato de entrega.

En la campa de intemperie apilaremos la materia prima forestal que nos suministren cizallada y pretriturada,

mientras que los fardos de paja se almacenarán en una nave abierta. La biomasa acumulada en estos dos

almacenajes, serán transportados a una planta de trituración. Una vez triturada, la biomasa se depositará en el silo

horizontal de tipo A. Para el dimensionamiento de la campa y de la nave de fardos se considerará que el 25 % del

material cizallado y pretriturado, y el 50 % de los fardos estarán almacenados en la planta de trituración y en el silo

horizontal.

Por otro lado, los materiales que nos suministren ya triturados se almacenarán en una nave techada. El quinto

almacenaje será un almacenamiento pulmón de caldera que consistirá en dos silos verticales. Estos silos serán

alimentados con el material de la nave techada y del silo horizontal en una proporción 70%-30% de manera

simultánea para conseguir un material homogéneo.

Capacidad de recepción y tratamiento anual 260.500 Tm/año de biomasa

Capacidad de almacenamiento para 2 meses 47.364 Tm de biomasa

almacenada

Biomasa

cizallada

y pretriturada

18.089,97 Tm

75% Almacenamiento intemperie 13.567,48 Tm de biomasa

25% Planta de trituración. Silo

horizontal

4.522,4925 Tm de biomasa

Fardos

2.727,27 Tm

50% Planta de trituración. Silo

horizontal

1.363,635 Tm de biomasa

50% Almacenamiento fardos 1.363,635 Tm de biomasa

Biomasa triturada

26.545,48 Tm

Nave de productos triturados 26.545,48 Tm de biomasa

Biomasa homogenizada Silos pulmón de caldera 4.000 tm

70 % Nave productos triturados →

2800 tm

30% Silo horizontal → 1200 tm

Planta de trituración. Silo

horizontal

4.686,1275 tm

Nave de productos triturados 23.745,48 tm

Tabla 7-1. Cantidad de biomasa de cada almacenamiento


7.1 Almacenamiento intemperie

El almacenamiento intemperie se utilizará para apilar la biomasa que recibimos cizallada y pretriturada. Entre estos

materiales tendremos: tocones de eucalipto, frutal, cepa de olivo, poda de olivo, poda de jardinería, costeros de

aserraderos y mata de algodón. Este tipo de almacenajes nos permite almacenar grandes cantidades de sólidos y de

baja densidad aparente de una forma económica. Con este almacenaje evitaremos posibles fluctuaciones e

irregularidades en el suministro de material que puedan afectar a la operatividad y eficiencia de la planta.

La ausencia de naves o elementos estructurales que protejan nuestra materia prima de los cambios de temperatura o

fenómenos climatológicos como la lluvia hacen que el control de la humedad sea un parámetro fundamental en este

tipo de almacenajes. Por otro lado, para atenuar la contaminación que supondría la filtración de la biomasa disuelta

en el terreno, impermeabilizaremos la superficie en la que la vamos a colocar.

Tabla 7-2 Cantidad de productos cizallados y pretriturados

La distribución de la biomasa en la campa se realizará en pilas cuya logística y disposición vendrá determinada

según el formato de entrega de los distintos productos. También es frecuente realizar una clasificación en función

del tipo de biomasa. En nuestro caso, todos los productos serán de tipo forestal y agrícola por lo que no será un

parámetro a tener en cuenta en el diseño de este almacenamiento.

Tm

2 meses

Cizallado

Eucalipto Tocón 1.090

Frutal Cizallado 1.818,18

Cepa de Olivo 3.090,9

5999,08 tm

Pretriturado

Frutal Pretriturado 909,09

Poda Olivar

Pretriturado 4.272,72

Poda Jardinería

Pretriturado 1.818,18

Costeros de aserradero 545,45

Mata de Algodón 4.545,45

12.090,89 tm

Biomasa cizallada y pretriturada para almacen de 2 meses

18.089,97 tm

Biomasa cizallada y pretriturada para dimensionara la campa

intemperie (75%)

13.567,48 Tm

Volumen ocupado (densidad media: 300 kg/ m3)

45.224,933

30

La dimensión de los apilamientos viene limitada por el Real Decreto 2267-2004 Reglamento de seguridad contra

incendios en edificios industriales. Según esta normativa, el almacenamiento intemperie se clasifica como un

establecimiento tipo E. Las pilas no podrán superar una superfice de 500 m2, un volumen de 3500 m3 y una altura

de 15 m.

Teniendo eso en cuenta, ocupará una superficie de 20x29 m, tendrá una altura de 5 m para evitar la autocombustión

de la biomasa apilada, y estimaremos un talud natural de 40 º.

Para calcular el número de pilas del material cizallado y del material pretriturado, se considera una densidad media

del material de 300 kg/m3. La pila tendrá una sección longitudinal ovalada y el volumen se aproximará como un

paralepípedo rectangular rodeado perimetralmente por un parálepípedo de sección triangular.

Las cantidades de biomasa que tendremos que acumular en este primer almacenaje y los cálculos referentes al

número de pilas vienen recogidas en las siguientes tablas adjuntas.

Se distinguen dos zonas: la zona 1 para el material cizallado, y la zona 2 para el material pretriturado. Finalmente se

indica la superficie total que ocupará este almacenaje dentro de nuestra cental termoeléctrica.

Dimensión Pilas Biomasa

Longitud pila (m) 29,00

Anchura pila(m) 20,00

Superficie planta

pila(m2)

494,16

H Altura(m) 5,00

V sección rectangular

(m3)

690,35

V sección triangular

(m3)

793,21

V aprox pila Vt+Vc

(m3)

1.483,56

Tabla 7-3 Dimensión pilas de biomasa

29x20

Figura 7-1. Geometría para la estimación del volumen ocupado

Tm Biomasa cizallada en intemperie 4.499,31

V Biomasa cizallada en intemperie (m3) 14.997,7

Pilas Biomasa cizallada 10,1

Tm Biomasa pretriturada en intemperie 9.068,1675

V Biomasa pretriturada en intemperie (m3) 30.227,225

Pilas Biomasa pretriturada 20,4

Número de pilas 30,48

Tabla 7-4 Número de pilas estimadas para el almacenamiento intemperie


La descarga de la biomasa se efectuará directamente desde los camiones. El material pretriturado se apilará con

ayuda de un reclaimer, mientras que el material cizallado se apilará con ayuda de una pala cargadora.

Para la circulación de los camiones y para el fácil manejo de la maquinaria, se colocarán carriles con una anchura de

3 m y 8 m de largo. Esto supone un aumento de la superficie de un 20 %. El material se recogerá con palas

excavadoras, se vertirá en una tolva y se transportará hacía la planta de trituración. La superficie tendrá una

pendiente del 1% para facilitar la recogida del producto y mejorar la evacuación de las aguas residuales acumuladas

en la campa.

Teniendo en cuenta el aumento del 20 % debido a las vías de circulación la superficie ocupará 18.076,76734 m2.

Superficie campa intemperie inicial (m2) 15.063,97278

Superficie campa aumento 20% (m2) 18.076,76734

Tabla 7-5 Superficie necesaria para la campa intemperie

7.2 Nave de fardos

La nave se dimensiona para una capacidad de almacenamiento de 1363,635 Tm de fardos. Esa cantidad equivale al

50 % de la paja almacenada en la planta. El 50 % restante se encuentra triturada en el silo horizontal.

Según las MTDs, el almacenamiento de paja se debe diseñar para almacenar unos 2-3 días de plena capacidad de

carga de la caldera. Por tanto, si el caudal de alimentación de la caldera es 646,56 Tm/día, debemos almacenar entre

1293,12 y 1939,68 Tm. Suponiendo un almacenamiento del 50% del stock de paja estaremos dentro de los valores

aceptables y eficientes.

El método de transporte descarga y almacenamiento de paja se realizará en balas o fardos. Para conocer la

superficie que ocuparán las 1363,635 Tm se suponen unas balas de 1 m de diámetro y 0,5 m de altura. Una vez

calculado el número de fardos, se procede a calcular la superficie ocupada por todos ellos suponiendo una altura de

apilamiento de 6 m. La superficie será de 5050,5 m.

Dimensión fardos

Altura (m) 0,5

Diámetro (m) 1

Superficie (m2) 0,393

Volumen (m3) 0,196

Peso (kg) 17,671

Número de fardos en nave 77.166

H apilamiento (m) 6

Superficie necesaria (m2) 5.050,5

Tabla 7-6 Dimensión de los fardos y cálculo de la superficie ocupada

Para dimensionar la nave de almacenamiento de este producto, tendremos en cuenta el cumplimiento del

Reglamento de instalaciones de protección contra incendios.

Según este reglamento, la nave de fardos se clasifica como un establecimiento tipo C: el establecimiento industrial

ocupa totalmente un edificio, o varios, en su caso, que está a una distancia mayor de tres metros del edificio más

próximo de otros establecimientos. En estos establecimientos, es necesario calcular la densidad de carga de fuego,

para conocer su grado de peligrosidad y con ello la superficie máxima admisible que podrán ocupar.

32

Para el caso de almacenamientos en altura, se utiliza la siguiente expresión:

Tabla 7-7 Valor y significado de los parámetros necesarios para calcular la densidad de carga de fuego

Con un valor de 11.520 MJ/m2 clasificamos el establecimiento con riesgo alto (7). Para este tipo de riesgo y para

tipo C, la superficie máxima admisible es de: 2.500 m2. Como nuestra superficie excede de dicho valor, sería

neceario sectorizar la nave. Para evitar la colocación de elementos estructurales que dificulten el apilamiento,

colocaremos un sistema de rociadores automaticos y aplicaremos la nota (4) de la tabla 2.1 de dicho reglamento: En

configuraciones de tipo C, si la actividad lo requiere, el sector de incendios puede tener cualquier superficie,

siempre que todo el sector cuente con una instalación fija automática de extinción y la distancia a límites de parcelas

con posibilidad de edificar en ellas sea superior a 10 m.

La estructura será de hormigón prefabricado. Este tipo de material es común en naves de almacenamiento agrícolas

y ganaderos pues su utilización garantiza seguridad frente a incendios, y en caso de producirse, evitará que este se

extienda. Su no combustionabilidad hará que la carga de fuego en el almacén no aumente con los elementos

estructurales. Además, el hormigón, es un material constructivo no degradable por el efecto del agua y fácil de

reparar. No necesita ningún recubrimiento de protección y su mantenimiento es considerablemente reducido. El

acero en cambio, a pesar de permitir luces superiores a 30 m, es un material de un coste superior, vulnerable al

fuego y con un mantenimiento mucho más preciso. Por esta razón, el hormigón será el material empleado en este

almacenamiento.

La nave será a dos aguas y sus pórticos prefabricados se compondrán de vigas delta. Este tipo de vigas permite

cubrir luces de hasta 35 m. Con esta tipología conseguiremos una nave diáfana y de gran altura. El apilamiento se

verá facilitado por este diseño y el almacén podrá ampliarse en altura si fuese necesario. Elevadas alturas

mantendrán temperaturas reducidas en verano, evitando la autocombustión de la biomasa.

La nave estará dotada de 4 carriles de 4 metros de ancho dispuestos en cruz. Por estos carriles, circularán las

carretillas utilizadas para el apilamiento y podrán entrar los camiones para la descarga de los fardos. Se disponen de

manera que pueda accederse a la nave desde cada uno de los frentes para que la descarga del material se realice en

las proximidades de la superficie donde se va a colocar. Estos carriles separarán 8 zonas de almacenamiento.

R Coeficiente peligrosidad - 1,5

qvi Carga de fuego de cada zona con diferente

almacenamiento

MJ/m

3

800

A Superficie total ocupada en planta m2

5.050,5

si Superficie ocupada en planta por cada zona con

diferente tipo de almacenamiento

m2

5.050,5

Ci Grado de peligrosidad del combustible: Sólido

capaz de iniciar su combustión a una T < 100 ºC

- 1,6

hi Altura apilamiento m 6

Qv = ∑ 𝒒𝒗𝒊 𝒉𝒊 𝒄𝒊 𝒔𝒊

𝑨 ∗ 𝑅𝑎


Cada uno de los apilamientos contará con una superficie de 15,5 x 42 m. Para cumplir con el apartado A del Anexo

II del RSCI asociado a recorridos de evacuación, dispondremos de tunelenes de 1,2 x 2 m en cada uno de los

apilamientos. De esta forma, conseguiremos dotar a la nave de dos salidas alternativas de evacuación cada 25 m.

Atendiento a la luz permitida de 35 m para el uso de vigas delta, a la superficie necesaria para el almacenamiento

del producto, y a la anchura de los carriles, la nave tendrá las siguientes dimensiones mostradas en la imagen

adjunta.

Figura 7-2 : Dimensión en planta de la nave de fardos

La superfice total de la nave será de 6.300 m2. Los pórticos de hormigón se colocarán en vanos de 6 m. Dicha

distancia se estima para evitar la presencia de pilares en los carriles de circulación. En total tendremos 30 vanos.

Las vigas delta se apoyarán sobre los pilares. Los pilares estarán empotrados en la cimentación y tendrá una altura

libre de 8 m. La viga tendrá una sección variable y será de tipo SG. Con una pendiente del 10%, alcanzará una

sección máxima de 2,3 metros de ancho, y por tanto, la nave tendrá una altura total de 10,3 m.

Figura 7-3 Tipo de viga delta. Catálogo Pretersa

El cerramiento será semiabierto. Las fachadas de viento más desfavorable se cubrirán con cerramientos cortina de

PVC de 10 m de luz. Las fachadas restantes quedarán libres de cualquier cerramiento. Las puertas que

habilitaremos a lo largo del cerramiento se colocarán de 4 m de ancho y 5 m de altura para facilitar el acceso a los

carriles de circulación en el interior de la nave. Ademas dipondremos de aberturas a 7 metros sobre rasantes para

favorecer la circulación del aire.

Para proteger los apilamientos de las inclemencias del tiempo, la cubierta será superior a la nave. Será ligera y se

colorará sobre las correas de hormigón situadas a una distancia de 2 metros aproximadamente. En total se

disponen 18 correas.

34

7.3 Pretratamiento. Planta de trituración

La fase de tratamientos previos en una planta de biomasa supone uno de los puntos claves en el rendimiento del

proceso de combustión. Estos tratamientos vienen impuestos por las necesidades de la propia caldera. Un ajuste

de la granulometría y de la humedad del producto determinarán la eficiencia de la reacción entre el combustible y

el comburente. Sin embargo, es importante controlar este tipo de ajustes previos en la biomasa pues suponen un

coste adicional. La inversión se ve incrementada por el aumento del número de equipos y por la complejidad de

las operaciones y el mantenimiento que estos traen consigo.

El objetivo de este tratamiento es homogenizar el caudal de biomasa que alimenta la caldera. La homogenización

del material conseguirá que el poder calorífico inferior de la materia prima utilizada sea constante en el interior de

la caldera; asi como la humedad. Por otro lado, la disminución de la granulometría aumentará la superficie

específica, favoreciendo la reacción de combustión entre el combustible y el comburente. Esto disminuirá la

presencia de inquemados.

El 56,05% de la biomasa forestal y agrícola que utilizaremos estará triturada; mientras que el 43,95 % restante,

vendrá cizallada, pretriturada o en fardos. El grado de humedad del producto vendrá ajustado por debajo del 50 %,

valor aceptable para evitar apelmazamientos en el transporte y para producir una buena combustión. Por tanto,

únicamente será necesario triturar el 43,95% de la biomasa. Para ello implantaremos una planta de trituración con

dos trituradoras.

Para el tratamiento del material cizallado, se utilizará una trituradora Salalasti Crush SC 1224H. Es una máquina

de alimentación horizontal de gran capacidad y versatilidad para procesar cualquier tipo de material arbóreo.

Permite la posibilidad de incorporar un pretriturador que desarenere los tocones y elimine la grava contenida en la

biomasa. La trituradora procesará 200 Tm/día durante 2 turnos de 16 horas.

Para la trituración de los fardos y material pretriturado se utilizará una Saalasti chipper Saalasti Freeder SC

1218H. Presenta una capacidad de 150-600 l-m3/h y distintas cuchillas de astillado y trituración que favorece la

versatilidad de la biomasa a tratar. Esta máquina procesará 400 Tm/día durante 2 turnos de 16 horas.

Cada una de las trituradoras iran acompañadas de un alimentador Saalasti Feeder horizontal. Este se compone de

una cinta transportadora equipada con un detector de metales. Posee la robustez suficiente para soportar el peso de

tocones y grandes cantidades de biomasa. La longitud de la cinta transportadora y la pared de la zona de carga es

regulable, lo que permite cierta flexibilidad en el tipo de biomasa a tratar.

Figura 7-4 Alimentador Saalasti Feeder y trituradora SC 1224 H

El material cizallado, pretriturado, y los fardos se transportarán mediante camiones y tolvas desde la campa

intemperie y la nave de fardos, a la planta de trituración. Una vez triturado, el material se conduce mediante

tornillos sin fin hacia una tolva pulmón. La tolva alimentará una cinta transportadora cubierta que trasladará el

material hacia el silo de almacenamiento horizontal.


7.4 Silo horizontal

El silo horizontal tipo A almacenará la biomasa que tratemos en la planta de trituración. Para estimar sus

dimensiones, suponemos que el 25% del material cizallado y pretriturado y el 50 % de los fardos ha sido triturado

y almacenado en este silo. Además, tendremos en cuenta que 1200 Tm habrán sido extraidas y estararán

almacenadas en el silo pulmón de caldera. Estas 1.200 Tm suponen el 30 % de ocupación de los silos pulmón.

El 25 % equivale a 4.522,50 tm, mientras que el 50 % equivale a 1363,635 Tm. Para la biomasa cizallada y

pretriturada se estima una densidad media de trituración de 700 kg/m3, y para los fardos se estima en 120 kg/m3.

Teniendo esto en cuenta, el volumen de material que tenemos que almacenar es: 17.824,32857 m3.

Material almacenado Densidad Tm almacenados

25 % de la biomasa cizallada y

pretriturada

700 kg/m3 4.522,4925 Tm biomasa

50 % de los fardos 120 kg/m3 1.363,635 Tm biomasa

5.886,1275 Tm biomasa

Cantidad de biomasa contenida en el silo horizontal 4.686,1275 Tm biomasa

Tabla 7-8 Cantidad de material almacenada en el silo horizontal

Figura: 7-5 Tipologia del silo horizontal utilizado

El silo horizontal se alimentará por su parte superior mediante una cinta transportadora. La cinta conducirá el

material desde la planta de trituración hacia el interior del silo. Se cubrirá para evitar las emisiones de polvo al

ambiente. La cinta repartirá el material longitudinalmente y lo apilará con ayuda de un carro tripper.

Para conseguir una extracción homogénea, el silo estará dotado de una base vibrante. Este elemento mecánico se

tendrá en cuenta a la hora de dimensionar el silo, ya que supone una reducción del espacio para el

almacenamiento del material. Aumentaremos el volumen del silo en un 10 %.

La biomasa almacenada se extraerá mediante un tornillo sin fin extractor colocado bajo el fondo vibrante.

Mediante el movimiento vibratorio, la biomasa se irá depositando en el tornillo. Recorrerá el interior de la nave

longitudinalmente y dirigirá el material hacia la fase de cribado y a la tolva pulmón; etapa previa a su

almacenamiento en los silos pulmón de caldera. En la tolva, el material se mezclará con el material que

extraeremos de la nave de productos triturados.

La parte superior del silo tendrá aberturas que permitan la recirculacion del aire; manteniendo una temperatura

apta del material que evite la autocombustión. Resguardará la biomasa de las inclemencias del tiempo y

mantendrá su humedad por debajo del 30 %.

36

Volumen silo 17.824,3286 m3

Volumen con

vibrador

19.606,7614 m3

Dimensiones silo horizontal

Altura 8 m

Ancho 22 m

Largo 112 m

Superficie 2.464 m2

Tabla 7-9 Dimensión del silo horizontal

Figura: 7-6 Elemento vibrador en el interior del silo horizontal

7.5 Nave de productos triturados

Se construirá una nave para el almacenamiento de la biomasa que nos suministren triturada y no necesite ningún

tratamiento previo a su combustión. Estos materiales son: eucalipto, hoja de olivo, orujillo, serrín y algodón

tamizado.

Este almacenamiento acumulará el 50,13 % de la biomasa necesaria para abastecer la caldera durante dos meses

de funcionamiento. En ese porcentaje tenemos en cuenta que parte de la biomasa triturada ha sido trasladada a los

silos pulmón de caldera desde esta nave. De 26.545,45 Tm de productos triturados, 2.800 Tm estarán en los silos

pulmón; y 23.745,45 Tm se acumularán en esta nave. Son estas 23.745,45 Tm las que suponen el 50,13 % del

almacén completo de la central.

En la tabla adjunta a continuación podemos ver reflejada las cantidades de cada producto almacenado, su densidad

de trituración, así como el volumen ocupado por cada una de ellas. En total tendremos 35.109,61 m3 de biomasa

en esta nave.


Material Tm

anual

Tm 2

meses

% Cantidad

en silo

pulmón

(Tm)

Cantidad en

nave triturados

(Tm)

ρ V ocupado

(m3)

Eucalipto 80.000 14.545,45 55 1.534,25 13.011,21 700 18.587,44

Hoja olivo 15.000 2.727,27 10 287,67 2.439,60 700 3.485,14

Orujillo 4.000 7.272,73 27 767,12 6.505,60 600 10.842,67

Serrín 4.000 727,27 3 76,71 650,56 700 929,37

Algodón 7.000 1.272,73 5 134,25 1.138,48 900 1.264,98

26.545,45 2.800 23.745,45 35.109,61

Tabla 7-10 Cantidad de biomasa almacenada en la nave de productos triturados

Según el Reglamento de Seguridad contra Incendios en Edificios Industriales, clasificaremos la nave como un

establecimiento tipo C. Debido a la alta combustibilidad de la biomasa, la nave será de riesgo alto y la superficie

no podría exceder de 2000 m2. Sería necesario sectorizar la nave. Sin embargo, debido a la magnitud del espacio

requerido, una sectorización incrementaría demasiado la dimensión de la nave. Para evitar este tipo de

limitaciones y requisitos, en este caso, recurrimos a la nota (4) de la tabla 2.1 de dicho reglamento. Según esta

nota: En configuraciones de tipo C, si la actividad lo requiere, el sector de incendios puede tener cualquier

superficie, siempre que todo el sector cuente con una instalación fija automática de extinción y la distancia a

límites de parcelas con posibilidad de edificar en ellas sea superior a 10 m.

El material se dispondrá en pilas de sección triangular a lo largo de la nave. Tendrán una altura de 6 m y un talud

natural de 40º.

Figura 7-8 Sección transversal de las pilas de biomasa en nave de productos triturados

Se dispondrán dos naves adosadas de 38 m de luz. En cada una de ellas colocaremos 2 hileras de apilamiento. Se

separarán a una distancia de 9,4 m.

Los camiones depositarán el material triturado en tolvas subterráneas situadas en el exterior de la nave. Mediante

cintas transportadoras cubiertas, recogeremos el material acumulado en cada una de ellas y se elevará en altura.

Una vez alcanzados los 7 metros, el material se introducirá en la nave mediante una cinta transportadora abierta.

Con ayuda de un carro tripper iremos apilando el material en cada una de las superficies destinadas para ello.

Tendremos 4 tolvas subterráneas, 4 cintas transportadoras cubiertas, y 4 cintas transportadoras abiertas con carros

tripper. Cada uno de los elementos se asociará a una hilera de biomasa apilada.

La extracción del material se realizará con ayuda de un reclaimer. Se colocará uno en cada espacio de 9,4 m, es

decir, uno entre cada hilera. Tendrá la capacidad de recoger material a ambos lados. El movimiento de ambos

equipos se coordinará para que no interfieran entre sí. Estimando una anchura de los equipos de 5 metros,

habilitaremos los 4,4 metros restantes para colocar 2 carriles de circulación de vehículos o personal en cada nave.

38

Si es necesario, se utilizarán palas para reorganizar el material en el interior de la nave.

El reclaimer recorrerá la nave longitudinalmente e irá depositando el material recogido en una cinta

transportadora. Esta cinta se dirigirá hacía el exterior de la nave, concretamente hacia la fase de cribado y

almacenamiento pulmón.

Figura 7-9 Proceso de recogida, transporte y almacenamiento en nave de productos triturados

Figura 7-10 Disposición de las hileras de apilamiento y proceso de extracción mediante reclaimer

La nave será metálica con una estructura tipo hangar para conseguir un gran espacio diáfano y de gran altura.

Teniendo en cuenta el volumen a almacenar de 35109,61 m3, y un área transversal del apilamiento de 42,9 m2; se

estima una longitud total de las pilas de 818,35 m. Por tanto, cada una de las hileras tendrá una longitud de 204,5

m aproximadamente. Para diseñar por el lado de la seguridad, sobredimensionamos ese valor implantando dos

naves de 38 x 210 m, es decir, 7.980 m2. En total, el almacen de productos triturados ocupará una superficie de

15.960 m2.

Coloraremos 35 vanos de 6 m. Cada uno de los pórticos tendrán una luz de 38 m, una altura libre de 8 m y una

altura total de 12 m. Para conseguir salvar grandes luces, optamos por un pórtico tipo cercha. Se colocarán

montantes a una distancia de 2 m.

El portico hastial trasero, referencte a la entrada de biomasa, estará dotado de 7 pilares intermedio; mientras que el

hastial delantero tendrá 2 pilares intermedios. La fachada delantera estará abierta para permitir la recirculación del

aire, evitar la aucombustión y la extracción continua de material mediante las cintas transportadoras. La fachada

trasera tendrá una puerta en cada una de las naves introducir los vehículos necesarios para el mantenimiento del

reclaimer o para la reorganización del material. Las fachadas laterales estarán dotadas de ventanas abiertas

situadas a 11 m del terrero, con una longitud de 10 metros y una altura de 0,75 m. Estas aberturas, también

favorecerán la circulación del aire.


La cubierta de los pórticos se arriostrará para resistir los esfuerzos normales a la estructura. A las correas

esturcturales, fijaremos una cubierta grecada de acero galvanizado.

El cerramiento de las naves se dispone de manera que ambas se consideren un único establecimiento tipo C. Entre

ambas naves no habrá ningún cerramiento.

Figura 7-11 Dimensión del portico tipo cercha en nave de productos triturados

Figura 7-12 Hastial trasero de la nave de productos triturados

Figura 7-13 Hastial delantero de la nave de productos triturados

12 m

38 m

40

7.6 Fase de cribado

Figura 7-14 Criba vibratoria

Figura 7-15 Especificaciones técnicas de la criba vibratoria

Para asegurar la combustión completa de la biomasa es preciso disponer de una fase previa de cribado que

garantice un estricto control de la granulometría del producto. La criba es un elemento equipado con tamices.

Estos retendrán las partículas finas que puedan originar inquemados en la combustión. Se seleccionará una criba

vibratoria para asegurar el avance del material desde la entrada a la salida. Además, se colocará con cierta

inclinación para evitar que las partículas queden en su interior. El rechazo que queda retenido se ha tenido en

cuenta en las previsiones de suministro necesarias para alcanzar la potencia objetivo de la planta. Concretamente

se estima en un 5 % de la biomasa que se introduce en la criba vibratoria.

En esta fase de la cadena productiva es importante asegurar que la humedad de la biomasa se encuentra por debajo

del 30 % para evitar apelmazamientos de las partículas.

La criba tendrá la capacidad de procesar la cantidad de biomasa necesaria para abastecer la caldera durante dos

días. Trabajando durante 5 días a la semana, garantizará el suministro de los 2 dias restantes. El modelo que

cumple con este requisito es: YA1536, con una capacidad de hasta 310 t / h.

El material se introducirá en la criba mediante una cinta transportadora. La cinta conducirá el material acumulado

en una tolva donde se han ido depositando los materiales provenientes del silo horizontal y la nave de productos

triturados. Una vez ajustada la granulometría, el material se conducirá de nuevo mediante un tornillo sin fin hacia

una tolva pulmón. Esta tolva alimentará los silos de caldera. Los tornillos sin fin y las cintas transportadoras

trabajaran en jornadas de 8 horas durante 5 días a la semana, al igual que la criba vibratoria.


7.7 Almacenamiento pulmón. Silos caldera

Los silos pulmón se colocarán para regular la cantidad de biomasa que es introducida en el interior de la caldera, y

evitar el funcionamiento continuo de una cinta transportadora. También asegurará el almacenamiento seguro y

ordenado de la mezcla homogénea de biomasa que hemos ido generando desde su recepción hasta su utilización.

Teniendo en cuenta el rozamiento interno que provocará el combustible sólido en su interior, dotaremos a los silos

de un recubrimiento de acero al manganeso para protegerlos de la abrasión.

Este almacenaje se dimensionará según la norma UNE EN 1993-4-1 Eurocódigo 3: Diseño de estructuras de

acero. Parte 4-1 Silos. Será necesario contralar la presión interior del silo para evitar sobrepresiones en el llenado

y depresiones en el vaciado. Por esta razón, equiparemos los silos con un tubo en la parte superior. Cada uno de

los silos tendrá una ocupación del 85%, dejando una altura libre en la que será necesario controlar proporción de

oxigeno en el aire y el proceso de autocombustión. Para ello utilizaremos un depósito auxiliar de nitrógeno líquido

que regule la mezcla de nitrógeno y oxigeno en el interior del silo.

El almacenamiento pulmón de caldera consistirá en dos silos verticales cilíndrios de acero inoxidable.

Alimentarán la caldera a través de un tornillo sin fin. La capacidad de los silos será suficiente para abastecer la

caldera durante 6 días. Sabiendo que se combustionan 646,56 Tm/ día, la capacidad necesaria sería de 3879,36

Tm. Por esta razón, se colocarán dos silos de 2000 Tm. La composición de biomasa contenida en su interior estará

compuesta en un 70 % por el material procedente de la nave de productos triturados, y en un 30 % por el material

procedente del silo horizontal. De esta forma conseguiremos que el caudal de alimentación de la caldera sea lo

más homogéneo posible, con un PCI y una humedad prácticamente constante.

Para favorecer la mezcla entre ambos porcentajes y mejorar el rendimiento de la central termoeléctrica,

colocaremos un fondo vibrante.

El fondo vibrante seleccionado es el BA fabricado por EXTRAC, última innovación en este campo. Este tipo de

elementos mecánicos es utilizado en varias aplicaciones industriales para facilitar la descarga de materiales

polvorientos o granulares de silos. Consiste en un dispositivo cónico y vibratorio colocado en la parte inferior del

silo mediante una brida, con el fin de garantizar un descenso homogéneo del producto. Evitaremos la formaciçon

de puentes en el cono de descarga, la formación de embudos y la segregación del producto. Aseguramos fluidez y

una alimentación óptima de la caldera. Desde el punto de vista económico es rentable gracias a su larga vida útil y

a su bajo consumo energético, además de evitar paradas de instalaciones que supondría un aumento de costes de

mantenimiento y reparación. El BA es fácil de instalar y aportará a nuestras instalaciones: calidad, seguridad y

larga vida útil.

Figura 7-16 Silo pulmón y fondo vibrante

42

Las vibraciones se producen gracias a la incorporación de uno o dos dispositivos eléctricos. Durante la extracción

del material, el Fondo Vibrante describe un movimiento giratorio que transmite al material contenido en el interior

del silo. Para garantizar la seguridad del proceso, se incorpora una válvula de emergencia manual en la boca de

salida; además, dotaremos al sistema de suspensiones para la conexión entre el Fondo Vibrante y el silo.

El tipo de fondo vibrante seleccionado presenta un diseño robusto y compacto, es de acero inoxidable 304L/316L,

y presenta el 70% menos de soldadruas que los fondos vibrantes tradicionales. Tiene la posibilidad de incorporar

un sistema adicional de fluidificación o aireación.

Suponiendo una densidad de producto final de 700 kg/m3, una ocupación del 90 % del silo y una capacidad de

cada uno de 2.000 Tm, las dimensiones de los silos pulmón de caldera serán las siguientes:

- Diámetro: 20 m

- Altura total: 10 m

- Altura libre sin material: 1 m


8 SISTEMA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA

8.1 Sistema de transformación de energía

La biomasa almacenada en los silos pulmón se conducirá al interior de una caldera acuotubular para su

combustión. La caldera se encargará de transformar la energía química contenida en el producto en energía

térmica. Durante el desarrollo de la reacción de oxidación la biomasa se irá consumiendo y se irá liberando

energía en forma de calor. Los gases de la combustión transmitirán la energía térmica al fluido de trabajo que

circula por un sistema de tuberías, a través de mecanismos como: radiación, convección o conducción. Una vez

que hayan transmitido esa energía, se evacuarán mediante una chimenea al ambiente. Esos gases serán tratados

para reducir el impacto medioambiental. Por otro lado, los residuos sólidos o inquemados se depositarán en un

cenicero y también serán evacuados.

El fluido de trabajo en estado líquido circulará por haces tubulares captando la energía térmica. Utilizará esa

energía para su evaporación y calentamiento. Este vapor se conducirá hacía una turbina a una presión y

temperatura elevada. La turbina de vapor lo utilizará para generar un movimiento rotativo en su eje y transformar

la energía de presión en energía cinética. A la salida de la turbina, el vapor se condensará y se recirculará hacia el

sistema de tuberías de la caldera; concretamente hacia el economizador.

Finalmente, colocaremos un generador síncrono que transforme el movimiento rotativo de la turbina, es decir la

energía cinética, en energía eléctrica. Esa energía se comunicará a la red elevando previamente su voltaje con un

trasformador elevador.

Figura 8-1 Esquema del proceso de generación de energía a partir de la combustión de biomasa

44

8.2 Ciclo de Rankine

El ciclo de Rankine es el principio de funcionamiento de la central termoeléctrica. Se trata de un ciclo

termodinámico de potencia cuyo objetivo es transformar calor en trabajo. El agua de la planta de biomasa

recorrerá este circuito pasando de estado líquido a vapor alternativamente.

El ciclo de potencia se basa en 4 procesos:

1) Calentamiento isobárico (2-3): El calentamiento del fluido se realizará en tres subetapas. En

primer lugar, se realiza un calentamiento del líquido subenfriado, a continuación, se evaporizará

produciéndose un cambio de fase; y finalmente se sobrecalentará dando lugar a un vapor

sobrecalentado.

2) Expansión isentrópica (3-4): El vapor sobrecalentado se expande generando un vapor húmedo

3) Enfriamiento isobárico (4-1): El vapor húmedo se transforma en líquido a presión y temperatura

constante.

4) Compresión isentrópica (1-2): En esta última etapa, elevamos la presión del fluido en estado

líquido para su recirculación hacia un calentamiento isobárico.

Figura 8-2 Diagrama T- S y principales equipos del Ciclo de Rankine

Para la puesta en marcha de este ciclo en la central de biomasa es necesaria la implantación de cuatro equipos: una

caldera, una turbina, un condensador y un sistema de bombeo.

Quemaremos el combustible en el interior de la caldera industrial. El calor desprendido en su interior se utilizará

para realizar la primera etapa del ciclo, es decir, el calentamiento del fluido de trabajo. A la salida de la caldera, el

vapor tendrá elevadas condiciones de presión y temperatura. Se conducirá hacia la turbina, donde se inicia la etapa

de expansión. El vapor producirá el movimiento rotativo del eje e irá disminuyendo su presión y temperatura a

medida que circule por el interior de este equipo. El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un

condensador, equipo donde se produce el cambio al estado líquido. Finalmente, un sistema de bombeo se

encargará de aumentar la presión del fluido en fase líquida y de introducirlo de nuevo en los haces tubulares de la

caldera para su calentamiento.

La bomba y la turbina serán idealmente equipos adiabáticos. Para ello minimizaremos los rozamientos y las

pérdidas de energía en cada uno de ellos.


9 CALDERA

9.1 Introducción

9.1.1 Definición

La caldera es uno de los equipos más utilizados en los procesos industriales para la transformación de energía

química en energía térmica. El proceso de combustión se produce en el interior de este recipiente metálico. El

calor generado por la reacción entre el combustible y el comburente se transmite a un calorportador (aceite, agua,

o cualquier otro fluido) a través de mecanismos como: radiación, convección o conducción.

La caldera puede definirse como: el intercambiador de calor donde se libera la energia química contenida en el

combustible y es transmitida al fluido de trabajo a una presión constante para obtener energía térmica. Es el

equipo principal de la planta de biomasa y uno de los cuatro elementos fundamentales del ciclo de Rankine; ciclo

de potencia en el que se basa el diseño energético de la central termoeléctrica.

Para conseguir presiones entorno a los 125 bar y temperaturas del orden de 500ºC, la caldera será de tipo

industrial. Por su rentabilidad económica y fácil obtención, el caloportador utilizado será el agua. Este fluido en

estado líquido sufrirá un cambio de estado al recibir la energía liberada en el proceso de combustion.

Generaremos vapor mediante el quemado del combustible. Este vapor alcanzará presiones elevadas superiores a

la presión atmosférica.

Al estar sometido a grandes diferencias de temperatura y presión, el dimensionamiento y diseño de la caldera

deberá realizarse con suficiente precision. Para conseguir el máximo rendimiento y reducir las pérdidas de calor

en este equipo, será necesario una combusitón completa y un medio apropiado para la eliminacion de cenizas y

gases contaminantes. Todo ello será deteminante en la viabilidad del proyecto.

9.1.2 Parámetros de diseño de la caldera

Para seleccionar el tipo de caldera es necesario conocer que tipo de combustible vamos a quemar, que presiones y

temperaturas queremos alcanzar y cual será el caudal de alimentación de este equipo.

Utilizaremos un biocombustible renovable de tipo residual para disminuir las emisiones de gases contaminantes a

la atmosfera. Este biocombusitible será biomasa forestal y agrícola. Es un tipo de combustible sólido con elevado

poder calorífico y con un coste reducido. Parte de la biomasa la procesaremos en una planta de trituración. Una

vez que homogenizemos el producto, se cribará y se conducirá a los silos pulmón de caldera.

Para conseguir la potencia objetivo de la planta, es neceario alcanzar presiones entorno a los 125 bar. Para

garantizar una combustion completa y evitar inquemados, la temperatura del proceso en el interior de la caldera

debera alcanzar temperaturas superiores a 500 ºC.

Parámetros Valor Unidad

Potencia eléctrica 20 MW/h

Potencia eléctrica diaria 480 MW/día

Caudal de alimentación 27,56 Tm/h

Caudal de alimentación diario 661,43 Tm/día

Horas de funcionamiento 8.000 h/año

Tabla 9-1 Parámetros de diseño de la caldera de la planta de biomasa

46

9.1.3 Dosificación de la caldera

La entrada de biomasa en la caldera se realizará mediante tornillos sin fin que permitan dosificar la cantidad de

combustible introducido.

El poder calorífico y la humedad de los productos influye directamente en la velocidad de la reacción de

combustión, en la energía térmica que se va liberando, y por tanto, en la cantidad de biomasa que debemos

introducir. Para conseguir que la velocidad del tornillo sea practicamente constante, es importante garantizar la

máxima homogeneidad posible de estos parámetros en el producto utilizado.

La presión del vapor obtenido en la caldera se mantendrá constante en la entrada de la turbina gracias a la

regulación de la válvula de admisión.

9.1.4 Pérdidas de calor en el proceso de combustión

Durante la reacción de combustión y sus múltiples etapas, se producen pérdidas de calor que deben tenerse en

cuenta para un diseño óptimo y eficiente de la caldera.

Se producirán pérdidas de calor debidas a la humedad del combustible y del aire presente en el hogar. Esto

demuestra la necesidad de tratamientos previos de secado. En nuestro caso, la humedad de la biomasa que nos

suministran ya viene ajustada por debajo del 50 %.

Si el aire resulta insuficiente, se producirán pérdidas de combustible sin quemar. El carbono contenido en la

biomasa dará lugar a monóxido de carbono, además de incrementar el volumen de cenizas e inquemados. Esta

pérdida puede controlarse con el tipo de parrilla, la velocidad de combustión y el tamaño del combustible.

9.2 Caldera acuotubular

Según el camino que sigue el calorportador y los gases de combustión se pueden distinguir dos tipos de calderas

de vapor: pirotubulares y acuotubulares. Las calderas pirotubulares son aquellas en las que los humos de la

combustión circulan por el interior de tubos. El exterior de los tubos estará bañado por el calorportador, el cual

captará mediante convección el calor emitido por los gases. En cambio, en las calderas acuotubulares, es el fluido

de trabajo el que se desplaza por el interior del sistema de tuberías. Los humos circularán por el hogar

transmitiendo su energía térmica al sistema de circulación de agua.

En la central termoeléctrica se busca obtener elevadas presiones con un buen rendimiento. Por esta razón, y

gracias a su gran capacidad de generación de vapor, utilizaremos una caldera de tipo acuotubular. Esta caldera nos

proporcionara presiones superiores a 25 bar; entorno a los 125 bar. Estas presiones de trabajo son superiores a las

ofrecidas por las pirotubulares y se consiguen sin la necesidad de aumentar las dimensiones totales. Se consiguen

altas presiones de vapor con dimensiones menores. El volumen de agua será pequeño en comparación con el resto

de las calderas.

Figura 9-1 Caldera industrial acuotubular


9.2.1 Elementos principales

9.2.1.1 Hogar

El hogar es la cámara donde se efectúa la combustion. Es el lugar donde se produce la liberación de energia

química contenida en la biomasa y se transmite al agua por radiación. Este elemento interior a la caldera se

construirá de un material capaz de resistir temperaturas y presiones elevadas sin detiorosarse. Es una zona crítica

desde el punto de vista de resistencia de materiales y por tanto será uno de los elementos que deberán revisarse de

forma periódica y que require mayor mantenimiento.

Para evitar que el calor se transfiera a los elementos estructurales y conseguir que el caloportador capte la mayor

cantidad de energía térmica posible, se colocan haces tubulares de agua para refrigerar las paredes de la caldera.

De esta forma se reducen las pérdidas de calor al exterior.

El hogar será metálico revestido con ladrillo refractario para garantizar una larga vida útil.

9.2.1.2 Emparrillado

Es el lugar donde apoyaremos el combustible sólido para su combustión. Este elemento se sitúa en el interior del

hogar. Se dimensionará para que permita la entrada de aire primario, impida que se junte escoria y facilite la

recogida de cenizas en el cenicero. Al estar sometido a incrementos de temperatura elevados se construirá de

fundición para disminuir las deformaciones y aumentar su vida útil. Será necesario refrigerar la parrilla con aire o

con agua para disminuir la temperatura.

Considerando que nuestro biocombustible forestal y agrícola tiene ajustado el grado de humedad por debajo del

50%, utilizaremos una parrilla fija. Para facilitar la combuistión completa y el desplazamiento de la biomasa desde

la entrada a la salida, se dispondrá de forma inclinada y será vibratoria. De esta forma, el material se distribuirá

por toda la superficie de la parrilla. El efecto vibratorio facilitará tambíen la recogida de cenizas y disminuirá la

cantidad de inquemados.

9.2.1.3 Haces tubulares: Economizador

El agua ingresa en la caldera a través del economizador. El fluido proviene de un desgasificador y es impulsada

mediante un sistema de bombeo. Esto garantiza que el agua llega a los haces tubulares con la presión necesaria. A

continuación, el economizador se encargará de elevar la temperatura a un valor próximo a la temperatura de

ebullición. Para este precalentamiento se utiliza el calor residual de los propios humos generados en el proceso de

combustión.

Es importante indicar que este equipo de haces tubulares esta diseñado para tratar unicamente agua y calentarla,

pero no para tratar vapor. Si se alcanzase la evaporación del agua en el interior de estos conductos, se dañarían por

la erosion y se deteriorarían de forma acelerada.

9.2.1.4 Haces tubulares: Evaporizador

El evaporador se compone de un calderín y un sistema de haces tubulares. Es el único grupo de tuberias presente

en la caldera capaz de tratar el fluido de trabajo de manera bifásica. El agua es introducida desde el economizador

en los tubos del evaporador. En ellos, el agua se irá evaporando de forma paulatina y se conducirá hacia un

calderín de vapor. En el calderín se producirá la separación entre el agua contenida en el vapor generado y el

mismo vapor. Las sales contenidas en el agua no se evaporarán y quedarán retenidas en dicho calderín. Por esta

razón, será necesario realizar una purga periódica de este equipo. A continuación, desde el calderín, el vapor se

conducirá hacia el sobrecalentador.

9.2.1.5 Haces tubulares: Sobrecalentador

El sobrecalentador recibe el vapor generado en el evaporador y purgado en el calderín de vapor. Este sistema de

haces tubulares se encargará de elevar la temperatura del vapor consiguiendo un vapor sobrecalentado. Este vapor

se conducirá finalmente a la turibina evitando condensaciones en la tuberías, erosiones y desequilibrios en los

equipos auxiliaries.

48

La temperatura del sobrecalentador será un parámetro importante en el diseño de la caldera. Tendremos que evitar

temperaturas demasiado elevadas, ya que pueden generar incrustaciones en los haces tubulares de sales

inorgánicas. También habrá que evitar temperaturas demasiado reducidas porque a pesar de proteger el

sobrecalentador, puede reducir de manera negativa el rendimiento de la caldera. En nesario por tanto ajustar una

temperatura adecuada.

Figura 9-2 Haces tubulares caldera industrial acuotubular

9.2.2 Sistema de aire de combustión

Tal y como se indica en la explicación del proceso de combustión, el aire introducido en la caldera se distinguirá

en: aire primario, y aire secundario. El aire primario, encargado de producir la reacción de oxidación, se

introducirá a través de la parrilla fija y de manera directa junto con la biomasa situada sobre ella. Por otro lado, el

aire secundario se encargará de garantizar una combustión completa y de ajustar la temperatura en el interior de la

caldera. La temperatura deberá ser adecuada para no dañar el sobrecalentador, mantener un rendimiento favorable

del equipo, y evitar que los humos abondonen la chimenea con temperaturas inferiores a 100ºC pues se

producirían condensaciones ácidas que ocasionarían problemas de corrosion en este dispositivo. Para introducir el

aire primario y secundario se utilizarán soplantes.

9.3 Mantenimiento. Problema de corrosión

La caldera es el equipo que mas problemas ocasiona en una central termoeléctrica. Requiere un mantenimiento

estricto con la necesidad de numerosas paradas. Se estiman revisones periódicas durante su funcionamiento según

la Instrucción Técnica complementaria EP-1 del Reglamento de equipos a presión; y una revisión más detallada

durante el mes de parada de la planta.

El problema mas importante en una caldera es la corrosión. El elevado contenido de potasio en las cenizas y de

cloro en el biocombustible utilizado, origina incrustaciones y corrosión en los haces tubulares que deben ser

controladas.

El cloro produce ataques internos, una corrosión acelerada y forma capas de óxidos no adherentes. Además, este

componenete aumentará la volatilidad del potasio presente en la fracción inorgánica del combustible. El potasio

condensará a la temperatura de trabajo de los sobrecalentadores y depositará sobre ellos. Por otra parte, los

alcalinos presentes en la parte orgánica, se liberarán en forma gaseosa; mientras que los que están presentes en las

sales simples, generan deposiciones.

Todo ello debe ser controlado en el diseño, la operación y el mantenimiento de la caldera. Hay que tener en cuenta

factores como: la temperatura del metal, la temperatura de los gases, el material de los haces tubulares, asi como la

composición química de los depósitos formados sobre los sobrecalentadores.


9.4 Estructura metálica para caldera acuotubular

La caldera contará con una superficie metálica soporte que abarcará de una forma perimetral todos sus

elementos. No habrá ningún cerramiento exterior. Tomando otras plantas de biomasa como referencia, la

superficie ocupada por esta estructura, y por la caldera, se estima en 30 x 45 m, es decir, 1.350 m2. La altura

vendrá determinada por el fabricante de la caldera acuotubular. Para los cálculos del proyecto, se supondrá una

altura aproximadamente de 8 m para asimilarla al resto de estructuras presentes en la planta.

50

10 TURBINA DE VAPOR

10.1 Definición.

La turbina de vapor es el equipo que implantaremos en la central termoeléctrica para transformar la energía de

presión obtenida en la caldera, en energía mecánica. Este equipo se trata de una turbomáquina robusta y sencilla

utilizada en diversas industrias para la generación de electricidad.

El vapor obtenido de la caldera acuotubular presentará condiciones elevadas de presión y temperatura. Una vez

introducido en la turbina mediante toberas, conseguiremos una expansión de este fluido; disminuyendo su

presión y aumentando su velocidad paulatinamente. La energía potencial de presión se irá transformando en

energía cinética y se comunicará a unos álabes. El movimiento de los álbes provocará el giro del eje del rotor, el

cual conectaremos a un generador. El generador conseguirá transformar la energía cinética rotativa en energía

eléctrica.

La obtención de energía cinética se realizará en varias etapas. Colocaremos mas de un conjunto tobera-álabe

para aumentar la velocidad de forma gradual. Esto se hace ya que, por lo general, el vapor presenta elevada

energía y si se convirtiese en energía cinética en un número muy reducido de etapas, la velocidad obtenida

podría superar la velocidad del sonido y las fuerzas resultantes tan elevadas causarían fallos en el equipo.

En el diseño y selección del tipo de turbina de vapor, se intentará reducir las pérdidas de energía, entre ellas:

pérdidas por rozamiento del vapor y las partes fijas, pérdidas de rozamiento entre el eje y los cojinetes, pérdidas

de calor a través de la carcasa, y fugas de vapor tanto internas como externas.

Figura 10-1 Turbina de vapor

10.2 Turbina de vapor STT-300

La turbina de vapor seleccionada es el modelo de Siemens SST-300. Se emplea en diversas aplicaciones de

generación de energía, entre las que se encuentra las plantas de biomasa. Esta turbina nos ofrece una solución

óptima con un diseño compacto y flexible; reduciendo significativamente el coste y el tiempo de su

construcción, inspección y mantenimiento.

El modelo SST-300 permite alcanzar una potencia máxima a la salida de 25 MW y una velocidad máxima del

eje de 10.950 rpm. Esta diseñada para soportar a la entrada presiones de hasta 140 bar y temperaturas de hasta

540ºC; valores que se adaptan a las condiciones del vapor de nuestra caldera. La presión a la salida se reducirá a

un valor de 16 bar.

Los componentes auxiliares como el sistema de lubricación se instalarán en un bastidor común a la turbina. La

orientación de la turbina podrá acomodarse al diseño de la planta. En este caso, se colocará de manera axial.

Según las especificaciones técnicas del fabricante, esta turbina presenta típicamente una longitud de 12 m, un

ancho de 4 m y una altura de 5 m.


Esta turbina de carcarsa simple, se construirá mediante módulos prefrabricados. Su diseño se adapta a la

directiva de las normativas de calidad ISO 90001 e ISO 14001.

Finalmente es importante indicar, que el mantenimiento se verá beneficiado por el fácil acceso a los

componentes mecánicos.

10.2.1 Elementos principales

10.2.1.1 Sistema de admisión

Para el control del caudal de entrada en la turbina y mantener una presion constante, colocaremos una válvula de

regulación. Para disminuir el tiempo de respuesta será de control neumático. Además, se colocará una válvula de

cierre para situaciones de emergencia. Esta válvula garantizará el cierre completo de entrada de vapor en la

turbina.

10.2.1.2 Rotor

El rotor es el elemento móvil y giratorio de la turbomáquina. Esta formado por álabes móviles que se encargarán

de varíar la energía del fluido que los atraviese. Captarán la energía del vapor y la transmitirán al eje de la

turbina. Los álabes móviles se disponen formando ruedas. En las primeras etapas los álabes son de menor

tamaño y se colocan en forma de coronas; mientras que en las últimas etapas, los álabes son de mayores

dimensiones y se colocan individualmente. El rotor será de acero fundido con adiciones de cromo o de niquel

para ganar tenacidad. Los álabes en cambio, serán de acero inoxidable aleados.

Para evitar el desplazamiento del rotor en la dirección del eje, colocaremos cojinetes de empuje que lo impidan.

Además, para apoyar este elemento giratorio, se colocarán cojinetes radiales.

10.2.1.3 Estator

El estator o carcasa es el elemento que da estanqueidad al vapor evitando que se produzcan fugas al exterior de

fluido y de energía. Este elemento se encarga de modificar la forma de energia del vapor, es decir, de

transformar la energia de presión en energia cinética. Se construirá de hierro para soportar las elevadas

temperaturas del vapor, y se recubrirá de un material microporoso aislante que disminuya la radiación de calor al

exterior, evite el enfriamiento del vapor y la pérdida de rendimiento y potencia de la turbina. La parte inferior se

unirá a la bancada, mientras que la parte superior será desmontable para permitir revisiones del rotor.

10.2.2 Sistemas auxiliaries

10.2.2.1 Sistema de lubricación

El sistema de lubricación se implantará para evitar el rozamiento entre el cojinete y el eje, y para refrigerar el

calentamiento que pueda producirse en estas piezas. Utilizaremos un aceite de alta calidad. Para garantizar una

correcta funcionalidad a lo largo del tiempo seguiremos la guía de mantenimiento ASTM-D 4278-97. Se

realizarán analisis rutinarios para conocer el estado de la máquina y del aceite.

Este sistema estará compuesto por un depósito de almacenamiento de gran capacidad, filtros, intercambiadores

aire-aceite, sistema de extracción de vahos y bombas de impulsión principalmente.

Será necesario garantizar un caudal y una presion del aceite adecuada para formar la película lubricante en su

justa medida. Si la cantidad de aceite entre el cojinete y el eje resulta insuficiente podrán generarse variaciones

cíclicas de su posicionamiento dando lugar a vibraciones. En casos extremos en los que la película lubricante

desaparezca por completo, el eje se degradará rápidamente. La presión con la que el sistema suministra el aceite

también es determinante a la hora de evitar vibraciones en el equipo. Para conseguir un presión constante y

adecuada será necesario mantener las bombas de impulsión en buen estado y utilizar filtros para evitar la

obstruccion de los conductos.

La calidad del aceite será un parámetro a tener en cuenta. Con el paso del tiempo las propiedades pueden verse

deterioradas y por esta razón es necesario realizar un cuidado preventivo. La presencia de agua, de espumas y la

variabilidad de la viscosidad con la temperatura suelen ser causas de vibraciones y fallos en la turbina. Es

necesario garantizar una viscosidad adecuada, una resistencia a la oxidación y a la corrosion, una estabilidad del

almacenamiento, una resistencia a la formación de espuma, asi como la rápida separación del agua y el aire.

52

El espesor de la pelicula lubricante depende fundamentalmente de la viscosidad del aceite. No es un parámetro

de calidad pero si un requisito imprescindible para asegurar un comportamiento correcto del sistema. La

viscosidad se considera adecuada siempre y cuando la temperatura a la salida de los cojinetes se encuentre entre

55 y 70ºC. Si la temperatura aumenta, la viscosidad aumentaría; disminuyendo el grosor de la película y

generando rozamientos indeseables.

El contenido de agua es uno de los principales problemas del aceite. La presencia de agua originará oxidación y

desgaste de los cojinetes. Para reducir la oxidación se utilizarán algunos aditivos, y se aplicarán medios para

reducir, eliminar y controlar la entrada de agua en la turbina.

Finalmente, para la rápida separación del aire, se añadirá una pequeña cantidad de aditivos antiespumantes.

A continuación se describen los elementos que componen el sistema.

Figura 10-2 Esquema de los elementos que componen el sistema de lubricación

Depósito

El depósito será cilindrico, metálico y tendrá una capacidad de 6.000 litros. Irá equipado con una resistencia

eléctrica de caldeo, un indicador de nivel, y un sistema de drenaje para eliminar el agua que se vaya depositando

Sistema de extracción de vahos

Este sistema se utilizará para garantizar que la presion interna del depósito sea reducida

Intercambiadores aire-aceite

El aceite se calentará durante su circulación provocando variaciones en su viscosidad y en sus características

lubricantes. Los intercambiadores evitaran la degradacion del sistema por un calor excesivo, evacuandolo a la

atmósfera.

Bombas de impulsión

Para garantizar el suministro de aceite lubricante en la turbina se colocaran tres bombas: una bomba mecánica,

una bomba eléctrica y una bomba de emergencia. La bomba mecánica será la bomba principal. Estará

acomplada al eje de la turbina y girará cuando este lo haga. Sin embargo, esta bomba no ofrece la presión

suficiente para los arranques y paradas de la turbina. Para ello, se utilizará la bomba eléctrica. Esta funcionará

hasta que la bomba mecánica sea capaz de garantizar el suministro necesario. Finalmente, la bomba de

emergencia asegurará el funcionamiento del sistema de lubricacion en caso de tension nula en la planta.

Funcionará con corriente continua proveniente de un sistema de baterias. Filtros

Tras los intercambiadores aire-aceite se colocarán dos filtros en serie. El segundo filtro se utilizará en caso de

que el primero falle o se este reparando. El aceite que llega a los cojinetes habrá sido filtrado y estará libre de

impurezas.


10.2.2.2 Virador

El virador consiste en un motor hidráulico cuya función es hacer girar el eje de la turbina de forma lenta y

continuada durante el mes de parada de la planta de biomasa. El movimiento mínimo de la turbina Evita

deformaciones en la máquina durante el proceso de enfriamiento iniciado en su desaceleración. También se

utilizará para enderezar el rotor cuando haya transcurrido un largo perido de parada y se quiera iniciar de nuevo

su arranque.

El motor hidraúlico utilizará aceite procedente del depósito de lubricación como fluido de trabajo. Transformará

la energia hidráulica en energía mecánica rotativa para generar el movimiento del eje de la turbina. La velocidad

de giro necesaria será entorno a 5 y 15 rpm. Este tipo de motor, será mucho más eficiente y económico en

comparación con un motor electrico.

Durante este giro mínimo de la turbina, la lubricación de los cojinetes se realizará con una bomba de

desplazamiento positivo. Levantará el eje soportando el peso del rotor, e introducirá la película de aceite.

54

11 GENERADOR

11.1 Definición. Principio de funcionamiento

El generador síncrono o alternador es una máquina rotativa utilizada para la transformación de energía mecánica

en energía eléctrica. Este equipo consta de: un rotor, un estator y un sistema de autoexcitación.

Con la turbina de vapor, accionaremos el movimiento giratorio del rotor. El sistema de excitación aportará una

tensión en el devanado de este elemento con una corriente continua; dando lugar a los polos de la máquina. El

movimiento de los imánes contenidos en el rotor, generará un campo magnético variable que inducirá una

corriente alterna en el bobinado del estator. Este bobinado se compone de tres arrollamientos y de él

obtendremos una corriente trifásica y alterna.

La corriente de excitación se efectuará mediante una excitatriz acoplada al eje del generador para lograr la

autoexcitación. Será neceario un rectificador.

Debido a las altas velocidades del eje comunicada por la turbina, los polos serán lisos e interiores.

Este generador se conectará a la red para la distribución de la energía eléctrica generada. Para ello, es necesario

que el voltaje y la frecuencia coincidan. Esta sincronización se logrará controlando la corriente de exitación y la

velocidad de giro del generador. La velocidad de giro esta directamente relacionada con el valor de la

frecuencia, y dado que su valor en la red es fijo, es esta la que determina la velocidad del eje. Por otro lado, el

valor de la tensión inducida depende de la corriente de excitación y de las revoluciones de la máquina. La

tensión aumentará cuando lo hagan estos dos parámetros.

Por tanto, tendremos un generador síncrono trifásico de polos silos; también denominado turbogenerador.

11.2 Conexiones

A la salida del generador realizaremos una conexión triángulo. Esto nos facilitará, con la ayuda del neutro, la

conexión a tierra del equipo como medida de seguridad. En comparación con una conexión triángulo, las

intensidades obtenidas serán inferiores, y para una misma potencia adquirida, tendremos voltajes elevados. Esto

nos permite implementar un transformador elevador para la conexión a la red principal, de menores

dimensiones. Además, las pérdidas por efecto Joule diminuyen, el peso y el diámetro de los hilos se reducirá, asi

como el coste de cada uno de los elementos. Es cierto, que los aislantes serán superiores, y que el número de

hilos se verá incrementado.

11.3 Características necesarias del generador síncrono

Potencia activa 20 MW

Potencia aparente 20.002 kva

Factor de potencia 0,85

Frecuencia 50 Hz

Número de polos 2-4

Velocidad de giro 1500-3000 rpm

Tabla 11-1 Caracteristicas mínimas del generador síncrono


11.4 Características seleccionadas del generador síncrono

Potencia aparente 26000 kvas

Potencia activa 19500 MW

Potencia reactiva 6500 K

Factor de potencia 0,75

Tensión 12.000 V

Intensidad nominal 1252,41 A

Tabla 11-2 Características del generador síncrono seleccionado

11.5 Nave equipos de generación

Denominamos nave de equipos de generación a la nave en la que albergará: la turbina, el generador, y los

equipos auxiliares como el sistema de lubricación. La caldera acuotubular en cambio se colocará a la intempérie

e irá equipada de una estructura metálica para su sujeción.

La nave se estima con unas dimensiones de 32 x 58 m, es decir, 4 veces más larga y 8 veces más ancha que la

turbina STT 300. Será una nave metálica con pórticos a dos aguas. La altura libre de la nave se estima en 8

metros teniendo en cuenta que la altura de la turbina son 5 m. Además, será necesario colocar un puente grúa

para desmontar la parte superior de la turbina durante el mes de parada de mantenimiento.

56

12 PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS

El Real Decreto 2267/2004 de 3 de diciembre es el reglamento que rige actualmente la protección contra

incendios en los establecimientos industriales. Aplicando esta normativa dotaremos a los establecimientos

dispuestos en la central termoeléctrica de los equipos y sistemas necesarios de extinción. Por otro lado, se

aplicará la normativa ATEX para evitar la presencia de atmósferas explosivas.

A continuación, se detallan los sistemas de protección contra incendios que vamos a implantar, así como las

fuentes de abastecimiento que utilizaremos y los equipos auxiliares con los que tendremos que contar.

Zona protegida Sistema de protección contra incendio Red de tuberías

Nave de fardos Rociadores automáticos (agua) + Hidrantes Red de agua

Nave de productos

triturados

Rociadores automáticos (agua) + Hidrantes Red de agua

Silo horizontal Rociadores automáticos (agua) + Hidrantes Red de agua

Campa intempérie Hidrantes Red de agua

Nave de equipos de

generación y Caldera

Rociadores automáticos (agua) + Hidrantes Red de agua

Silos pulmón de caldera Cámaras de espuma Red de espuma

Tabla 12-1 Sistema de protección contra incendios implantados en la central termoeléctrica

Tabla 12-2 Descripción de las redes de tuberías de protección contra incendios

Red de tuberías Fuente de abastecimiento y sistemas auxiliares para la protección contra

incendios

Red de agua Conectada a la red de agua pública. Contaremos con un depósito de reserva de

agua y con un sistema de bombeo para abastecer los sistemas de rociadores y

los hidrantes exteriores.

La capacidad del depósito y el grupo de presión se seleccionará en función de

las necesidades más restrictivas exigidas por los sistemas de rociadores y red de

hidrantes de cada una de las zonas a proteger.

Red de espuma Estará equipada de un sistema de bombeo, un sistema de dosificación de

espumógeno y una red de distribución. El grupo de bombeo será el mismo que

emplearemos en la red de agua.

La red de distribución alimentará las cámaras de espuma de los silos pulmón de

caldera

En la campa intempérie, los bomberos podrán hacer uso de camiones de

espuma. Con ayuda de lanzaderas, cubrirán las pilas de biomasa y evitarán la

reignición.


12.1 Atmósferas explosivas. ATEX

Debido a la manipulación, transporte y almacenamiento de sólidos combustibles, se generarán atmósferas de

polvo explosivos (ATEX) en las inmediaciones de las instalaciones y equipos. Las atmósferas de polvo

producidas podrán originar, junto con el aire del ambiente y bajo la presencia de una fuente de ignición, la

combustión y desencadenar una explosión en la central termoeléctrica.

Atendiendo al tipo de sólido y a la frecuencia con la que vamos a encontrarlo en forma de nube de polvo,

podemos clasificar distintas zonas ATEX según el Real Decreto 681/2003.

Distinguimos tres tipologías diferentes: zona 20, zona 21 y zona 22. La zona 20 será aquella en las que la

presencia de polvo durante las operaciones normales de funcionamiento este de manera constante y en una

cantidad suficiente para producir una atmósfera explosiva. La zona 21 será aquella donde la nube de polvo es

susceptible de formarse ocasionalmente en condiciones normales de trabajo. Finalmente, la zona 22 será aquella

donde la presencia de la nube es poco probable, y si aparece, será durante un periodo de corta duración. Lo más

conveniente es minimizar estas zonas en la planta y confinarlas en la medida de lo posible en equipos y

recipientes donde se puedan tomar las medidas preventivas necesarias.

Para la protección de los equipos, almacenes y sistema de transporte, aplicaremos la normativa ATEX recogida

en el Real Decreto 400/1996, en el que se establecen los requisitos esenciales de seguridad que deben cumplir

los equipos, aparatos eléctricos y no eléctricos.

Enfocaremos las medidas en el almacenaje de los silos, en los sistemas de elevación tales como transportes

neumáticos o tornillos sin fin y en el proceso de triturado de biomasa.

Además, para impedir que durante el proceso se pierdan las partículas más finas, se emplean sistemas de

captación de polvo, como los filtros de manga. Su función consistirá en retener el polvo de las zonas de proceso

donde afecte la seguridad y la calidad de la producción. Serán antiestáticas, se conectarán a tierra y se dotarán de

sistemas de venteo de explosiones.

A continuación, se detallan algunas de las medidas adoptadas.

a) Silos de caldera

- Utilizar pintura antiestática para hacer frente a la carga electroestática que gana el material durante la

fricción producida en las operaciones de transporte neumático

- Silos metálicos que favorezcan la continuidad eléctrica de la carga electrostática

- El interior de los silos se considera zona 20 y se utilizaran dispositivos de categoría 1D. El exterior de

los silos y la zona de llenado se considera zona 22 y se utilizarán dispositivos de categoría 3D

- Colocaremos paneles de venteo contra explosiones en la parte superior de los silos.

- Se intentará minimizar la nube de polvo durante el proceso de transporte y llenado mediante sistemas de

extracción de polvo y utilizando cintas transportadoras cerradas que impidan la caída del material.

b) Cintas transportadoras y tornillos sin fin

- Empleo de materiales antiestáticos para el control de la electricidad estática

- Sistema de puesta a tierra

- Sistemas de extinción de chispas a lo largo de las cintas transportadoras y los tornillos sin fin

- Medidores de velocidad y temperatura

- Sensores de atasco para garantizar la continuidad del producto cuando se realiza en grandes cantidades.

Un atasco puede ocasionar el calentamiento por friccion y provocar un incendio o explosión.

- Las bandas serán antiestáticas e ignifugas. Además, deben garantizar la resistencia a la rotura

c) Tolvas

- Colocaremos detectores de humo de forma que, en caso de activarse, se detenga la alimentación de las

tolvas.

58

12.2 Red de agua

La red de agua principal alimentará los sistemas de protección contra incendios de: la nave de fardos, la nave

de productos triturados, el silo horizontal, la nave de equipos de generación, la caldera, y el sistema de

hidrantes exteriores de la central termoeléctrica. Esta red de tuberías ira equipada de: un grupo de presión, un

depósito de reserva de agua, y una red de distribución.

Por criterio de diseño se decide dividir las conduciones de los rociadores y de los hidrantes quedando 2 redes

independientes con el mismo sistema de alimentación y bombeo. La red de distribución contará con un anillo

para la red de hidrantes, y una red ramificada para el sistema de rociadores automáticos. Podríamos optimizar

el sistema de protección contra incendios fusionando ambas redes en un único anillo, aunque esta decisión se

meditará en la ingeniería de detalle del proyecto.

El déposito de agua y el sistema de bombeo se utilizarán únicamente para la protección contra incendios. El

depósito estará contectado a la red pública. Para casos de emergencia, contaremos con una conexión bypass de

diámetro igual al de la conexión del abastecimiento. La conexión incluirá una válvula de alivio de presión y

dos de cierre.

La red de distribución será de acero galvanizado y a lo largo de ella colocaremos válvulas de seccionamiento

(válvulas de compuerta) en el inicio de cada una de las instalaciones.

12.2.1 Nave de fardos

La nave de fardos tiene una superficie de 6.300 m2, se ha dimensionado según un establecimiento tipo C y

riesgo alto. Según estas características, el Reglamento de Protección contra Incendios en Establecimientos

industriales exige los siguientes requisitos:

• La cubierta ligera tendrá una estabilidad mínima al fuego según la tabla 2.3 de R30 (EF-30)

• La longitud de recorrido de evacuación será de 25 m con dos salidas alternativas

• La ventilación será natural. Para ello dejaremos huecos abiertos permanentemente a lo largo de la

fachada

Por otro lado, según el Anexo III de este reglamento dispondremos de las siguientes instalaciones:

• Sistema de detección de incendios

• Sistema de rociadores automáticos

• Sistema de hidrantes exteriores

El sistema de detección de incendios se realiza junto con el sistema de rociadores automáticos. Se implantan

rociadores con respuesta térmica.

La implantación de un sistema de rociadores junto con un sistema de hidrantes exteriores se clasifica según la

norma UNE 23500:1990 como categoría II.

12.2.1.1 Rociadores automáticos

Para el diseño de esta instalación contra incendios, aplicaremos la norma UNE-EN 12845:2004.

Clasificamos el establecimiento como REA: Riesgo Extra de Almacenamiento. Según el método de

almacenamiento clasificamos la nave como STI: método libre o en bloques. Con riesgo REA y categoría II

extraemos los siguientes parámetros de la norma:

• Superficie máxima por rociador: 9 m2

• Distancia máxima: 3,7 m

La distribución de los rociadores se realiza tendiendo en cuenta la disposición de los pórticos cada 6 metros, la

superficie máxima por rociador y la distancia máxima entre estos dispositivos.


Coloraremos dos ramales en cada uno de los vanos. Con 30 vanos, tendremos 60 ramales de 35, 3 m a una

distancia de 3 m. Los ramales situados en los extremos, se colocará a una distancia de 1,5 de la pared. En cada

uno de los ramales se colocarán 12 rociadores a una distancia de 2,9 m. Por tanto, la superficie controlada por

cada rociador será de 8,7 m2. En total tendremos 720 rociadores.

La distancia a la viga y al techo entrará dentro de los valores aceptados por la normativa. Considerando una

tipología convencional colgante para evitar que el agua choque contra elementos estructurales, se situarán a

una distancia de 1,5 m de la viga y a 0,25 m desde la parte inferior del dintel.

Se implantarán 10 puestos de control, uno por cada 72 rociadores. Cada uno de ellos estará equipado con una

válvula de alarma y una válvula de cierre.

Para disminuir el tiempo de respuesta, la instalación de rociadores será húmeda. Las tuberías permanecerán

permanentemente llenas de agua. Estos se activarán mediante detección térmica a una temperatura de 49 ºC.

Según la normativa, seleccionaremos un rociador con una temperatura de respuesta de: Tmax + 30ºC. El color

de la ampolla será amarillo.

Cálculos hidráulicos de la instalación de rociadores automáticos. Nave de fardos

Densidad de diseño 12,5

Área de operación 260 m2

Área construida 6.300 m2

Área de cálculo hidráulico 260 m2

Caudal teórico: Qt= Densidad de diseño x Aoperación = 3.250 L/min

Reserva teórica de agua: Rt= Qt x Tiempo autonomía = 292.500 L

Caudal teórico 3.250 L/min

Número de rociadores en área de cálculo

hidráulico

29,88

Caudal mínimo unitario del rociador: Qmr= Qt/ Nr = 108,76 L/min

Caudal área de cálculo hidráulico: Q área de cálculo= 108,76 L/min x 30= 3262,8 l/min

Diámetro tuberías. Criterio de velocidad Q = v x A = v x (πD2/4)

Velocidad Caudal Diámetro de

cálculo

Diámetro nominal

Colector 4 m/s 3.262,8 L/min 0,13157 m DN125 (5 ´´)

Ramales 6 m/s 1.305,12 L/min 0,06794 m DN 65 (2 ½ ´´)

60


Según el apartado 7 del anexo III del RSCI, se colocorán hidrantes exteriores con una autonomia de 90 min. Se

distribuyen de manera que la superficie de la nave quede cubierta dentro de un radio máximo de 40 m por

alguno de los hidrantes. Uno de los hidrantes será de 100 mm. La distancia desde el hidrante a la fachada

exterior del establecimiento debe ser al menos de 5 m, en este caso será de 6 m. El caudal requerido es de 2000

l y la presión minima a la salida es de 5 bar. Para el cálculo hidráulico se utilizará una simultaneidad de 2

hidrantes. A continuación, se resumen lo parámetros que determinan el caudal teórico y la reserva de agua

necesaria para este sistema de hidrantes.

Superficie 6.300 m2

Tipo de establecimiento Tipo C. Riesgo alto

Autonomía 90 min

Caudal eficaz mínimo 2000 L/min

Simultaneidad 2

Tabla 12-3 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Nave de fardos

Caudal = 2 x 2000 L/min= 4.000 L/min

Reserva de agua= 4.000 x 90 min = 360.000

12.2.2 Nave de productos triturados

Según el Reglamaneto de Protección contra Incendios en Establecimientos Industriales, la nave de productos

triturados debe dotarse de las siguientes instalaciones contra incendios:

• Sistema automático de detección de incendios

• Sistema manual de alarma

• Sistema de hidrantes exteriores

• Sistema de Biees

• Sistema de rociadores automáticos

El sistema automático de detección de incendios se incluirá en el sistema de rociadores automáticos,

considerando que estos dispositivos se activan con una detección térmica.

El sistema de BIES no se implantará debido a la automatización del almacenamiento. El proceso de

apilamiento y recogida de material en el interior de la nave se realiza mediante trippers y reclaimers; dejando la

entrada de personal para casos puntuales en los que sea necesario realizar una reorganización de los

apilamientos de biomasa. En ese caso, si entrarán vehículos. La frecuencia de entrada de personal puede

estimarse en una vez cada 14 días. Esta es la razón por la que consideramos la nave no visitable y omitimos el

sistema de BIES.

El sistema de rociadores automáticos resulta imprescindible al haber recurrido a la nota (4) de la tabla 2.1

sobre superfices máximas de ocupación. En establecimiento tipo C, pueden ocuparse grandes superficies sin

ninguna limitación siempre y cuando se dote al establecimiento de rociadores automáticos. Además, estos

dispositivos vienen exigidos desde el punto de vista del riesgo según el apartado 11 del Anexo III del RSCI.



Al igual que ocurre con la nave de fardos, este establecimiento clasificado como tipo C y de riesgo alto, debe

dotarse de un sistema de rociadores automáticos tal y como índica el Reglamento de Protección contra

Incendios en Edificios Industriales. Para el diseño de la instalación aplicamos la norma UNE-EN 12845:2004.

La nave de productos triturados es un establecimiento de Riesgo Extra de Almacenamiento (REA). Por tanto,

la superficie máxima a cubrir por cada rociador es 9 m2 y la distancia máxima entre estos dispositivos es de 3,7

m.

La nave en su totalidad, tal y como hemos descrito con anterioridad, se compone de dos naves idénticas de

38x210 m y presentan 35 vanos de 6 m. Para simplificar los cálculos el número de rociadores se ha calculado

en una de estas naves y a continuación se supone una instalación simétrica en la nave adjunta. El sistema de

rociadores de ambas naves se conectará a la misma sala de bombas.

La instalación será húmeda para agilizar el tiempo de respuesta. Los rociadores se activarán mediante

detección térmica a una temperatura de respuesta de 79 ºC, lo que implica una temperatura máxima en la nave

de 49 ºC. Para esta temperatura, la ampolla seleccionada será de color amarillo.

Los ramales se colocarán entre los pórticos de la nave a una distancia de 0,25 del cordón inferior de la cercha y

a 1,5 m de separación horizontal de la cercha. Estas distancias entran dentro de los valores admitidos para el

uso de rociadores convencionales colgantes.

En cada una de las naves de 38 x 210 m se colocan 140 ramales de 19 m. Cada uno de ellos dispondrá de 7

rociadores a una distancia de 2,714 m entre aquellos que se encuentren sobre un mismo ramal, y a 3 m entre

aquellos que se encuentran en distintos ramales. La superficie cubierta por cada uno de ellos será de 8,1426 m2.

Aquellos rociadores que se coloquen en las proximidades de las paredes o cerramientos se sitúan a una

distancia de 1,5 m de estos.

En cada nave contaremos con 980 rociadores, y por tanto, en la nave de productos triturados en su conjunto,

contaremos con 1960 rociadores. Para garantizar la eficacia de la instalación, colocaremos 9 puestos de control

equipados con válvula de cierre y válvula de alarma. Cada uno de ellos controlará entre 218 y 217 rociadores.

También colocaremos rociadores en la cubierta en voladizo situada en el exterior de la nave. Estos dispositivos

actuarán sobre la biomasa depositada en las tolvas subterráneas en caso de incendios. Se colocarán 26 ramales

a una distancia de 3 m y 2 rociadores en cada uno de ellos.

En total dispondremos de 2.012 rociadores y 25 puestos de control con 80 rociadores cada uno.

Cálculos hidráulicos de la instalación de rociadores automáticos. Nave de productos triturados





Caudal teórico: Qt= Densidad de diseño x Aoperación = 3.250 L/min

Reserva teórica de agua: Rt= Qt x Tiempo autonomía = 292.500 L


Caudal área de cálculo hidráulico: Q área de cálculo= 101,785 L/min x 32= 3.257,12 L/min

Caudal teórico 3.250 L/min


hidráulico

31,93

62


Los hidrantes exteriores será un sistema de agua para uso exclusivo del cuerpo de bomberos y personal

debidamente formado.

En este establecimiento tipo C y de riesgo alto, la autonomía de los hidrantes será de 90 min y tendrán una

presión minima en las bocas a la salida de 5 bar. El caudal estimado es de 2.000 L/min, sin embargo,

considerando la presencia de tolvas subterráneas en el exterior de la nave, recurrimos a la nota (1) del apartado

7.3 del Anexo III del RSCI, que establece un aumento del caudal en 500 L/min en establecimientos tipo C, D,

o E donde exista almacenamiento de productos combustibles en el exterior. Por tanto, el caudal se estima en

2.500 L/min.

Tal y como indica el reglamento, uno de los hidrantes será de 100 mm.

Superficie 15.960 m2


Autonomía 90 min


Simultaneidad 2

Tabla 12-4 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Nave productos

triturados

Caudal = 2x 2500 L/min= 5.000 L/min

Reserva de agua= 5.000 x 90 min = 450.000 L

12.2.3 Silo horizontal


El silo horizontal de biomasa se protegerá interiormente mediante un sistema de rociadores automáticos con

detección térmica. La instalación será húmeda para agilizar el tiempo de respuesta y la temperatura máxima

admisible será, al igual que en el resto de los almacenamientos, 49 ºC. Por tanto, la ampolla tendrá una

temperatura de respuesta de 79ºC y será de color amarilla.

Se colocarán 76 ramales a una distancia de 2,95 m y se distribuirán entre dos colectores. Cada colector

alimentará 38 ramales y estará conectado a un puesto de control. En cada uno de los ramales dispondremos de

4 rociadores montantes a una distancia de 2,75 m. En total contaremos con 304 rociadores con una superficie

de actuación de 8,1125 m2 cada uno. Tendremos 4 puestos de control para cada 76 rociadores.

Los rociadores próximos a la pared lo harán a una distancia de 1,475 m.

Los deflectores se instalarán paralelos al techo a una distancia de 0,1 m por debajo.



cálculo

Diámetro nominal

Colector 4 m/s 3.257,12 L/min 0,13145 m DN125 (5 ´´)

Ramales 6 m/s 712,495 L/min 0,05019 m DN 50 (2´´)


Cálculos hidráulicos de la instalación de rociadores automáticos. Nave de fardos





Caudal teórico: Qt= Densidad de diseño x Aoperación = 4550 L/min

Reserva teórica de agua: Rt= Qt x Tiempo autonomía = 409500 L

Caudal teórico 4550 L/min


hidráulico

32,0493


Caudal área de cálculo hidráulico: Q área de cálculo= 141,96875 L/min x 32= 4543 L/min


El cálculo de la reserva de agua necesaria y el caudal mínimo exigido se realiza de manera análoga a los casos

anteriores.

Superficie 2.464 m2


Autonomía 90 min


Simultaneidad 2

Tabla 12-5 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Silo horizontal

Caudal = 2 x 2000 L/min = 4.000 L/min




cálculo

Diámetro

nominal

Colector 4 m/s 4543 L/min 0,15524 m DN150 (6 ´´)

Ramales 6 m/s 567,875 L/min 0,0443 m DN 40 (1 ½ ´´)

64

12.2.4 Nave de equipos de generación y caldera

Para la protección contra incendios de los equipos de generación de energía: caldera, turbina y generador; y

cada uno de sus sistemas auxiliares, recurriremos a la normativa NFPA-850 “Recomendaciones para la

protección contra incendios para plantas de generación eléctrica y Estaciones de Conversión de Corriente

Directiva de Alto Voltaje”.

La NFPA-850 identifica riesgos en las plantas de generación mediante biomasa y recomienda la protección

mediante el uso de equipos para ATEX, venteo de explosiones, sistemas de detección de chispas, y el uso de

rociadores. También aconseja el cuidado preventivo frente a la autocombustión.

La turbina y el generador suponen un peligro de incendio sobre todo por el sistema de lubricación de aceite del

que precisan. El almacenamiento de aceite no debe alcanzar temperaturas muy elevadas. Será necesario una

adecuada evacuación de los humos y del calor de este sistema auxiliar. Para la protección de la nave en la que

se situarán estos equipos, implantaremos un sistema de rociadores, los equipos cumplirán la normativa ATEX,

y se implantará un sistema de ventilación que permita la evacuación de calor; manteniendo una temperatura

constante en la nave. Este sistema de rociadores también actuará frente a posibles problemas de incendios en

los cojinetes de la turbina y el generador.

La caldera también se protegerá mediante un sistema de rociadores implantados en la estructura metálica que

la soporta.

Al igual que los almacenamientos, la caldera y la nave en la que se encuenta la turbina, el generador y los

sistemas auxiliares, se protegerán con un sistema de hidrantes exteriores.

12.2.4.1 Rociadores automáticos nave equipos de generación

La nave en la que alberga la turbina, el generador y los sistemas auxiliaries se protegerá con un sistema de

rociadores automáticos de agua.

Según el Reglamento de Protección contra Incendios de Establecimientos Industriales, podemos clasificar este

edificio con Riesgo Extra-Proceso (REP) debido a su uso industrial, y elevada carga térmica y

combustibilidad. Dentro de este grupo, tomaremos el subgrupo más restrictivo, es decir REP1.

Atendiendo a la clasificación realizada, podemos extraer los siguientes parámetros de la norma UNE-EN

12845:2004.

Teniendo en cuenta una superficie máxima por rociador de 9 m2 y una separación máxima en distribución

normal de 3,7 m, colocaremos 13 ramales de rociadores a una distancia de 3,69 m y a una separación de la

pared de 1,845 m. Cada ramal contará con 14 rociadores a una distancia de 2,2857 m. Los rociadores

protegerán una superficie de 8,3885 m2 cada uno.

Serán montantes y se dispondrán paralelos al techo a 0,1 m.

Instalaremos 2 puestos de control para 91 rociadores cada uno.

Cálculos hidráulicos de la instalación de rociadores automáticos. Nave de equipos de generación

Densidad de diseño 7,5 mm/min


Área construida 1536 m2


Caudal teórico: Qt= Densidad de diseño x Aoperación = 1950 L/min

Reserva teórica de agua: Rt= Qt x Tiempo autonomía = 1950 x 90 min= 175500 L




hidráulico

31


Caudal área de cálculo hidráulico: Q área de cálculo= 62,9 L/min x 31= 1950 L/min

12.2.4.2 Rociadores automáticos caldera

La caldera acuotubular es el equipo de la central termoeléctrica que se construirá a medida en función de los

parámetros que hayamos establecido. Para el diseño de la red contra incendios, se estimará su dimensión como

la mitad de la nave de equipos de generación. La estructura metálica soporte de la caldera tendrá unas

dimensiones de 30 x 45 m.

De la misma manera que la turbina y el generador, la caldera se clasificará con un Riesgo Extra-Proceso (REP)

y los parémetros de diseño del sistema de rociadores serán equivalentes.

Teniendo esto en cuenta, colocaremos 13 ramales a una distancia de 3,46 m y separados a 1,73 m de la pared.

En cada uno de los ramales, colocaremos 12 rociadores a una distancia de 2,5 m. La superficie protegida por

cada rociador será de 8,6538 m2. En total tendremos 156 rociadores.

Al igual que en la nave de equipos de generación, la red de tuberiás será mojada para agilizar el tiempo de

respuesta, los rociadores serán montantes y se dispondrán paralelos al techo a una distancia de 0,1 m.

Cálculos hidráulicos de la instalación de rociadores automáticos. Caldera

Densidad de diseño 7,5 mm/min


Área construida 1440 m2


Caudal teórico: Qt= Densidad de diseño x Aoperacion = 1950 L/min

Reserva teórica de agua: Rt= Qt x Tiempo autonomía = 1950 x 90 min= 175.500 L



cálculo

Diámetro

nominal

Colector 4 m/s 1950 L/min 0,10171 m DN 100 (4 ´´)

Ramales 6 m/s 880,6 L/min 0,0558 m DN 50 (2´´)

66


Número de rociadores en área de cálculo hidráulico 30

Caudal mínimo unitario del rociador: Qmr= Qt/ Nr = 65 L/min

Caudal área de cálculo hidráulico: Q área de cálculo= 65 L/min x 30= 1950 L/min

12.2.4.3 Hidrantes exteriores nave de equipos de generación

De manera análoga a los casos anteriores, calculamos la reserva necearia para el el uso simulténeo de dos

hidrantes durante 90 min. La distribución y disposición de estos equipos también será equivalente teniendo

en cuenta las indicaciones del Reglamento de Protección contra Incendios en Establecimientos Industriales.

Superficie 1536 m2


Autonomía 90 min


Simultaneidad 2

Tabla 12-6 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Nave equipos de

generación



12.2.4.4 Hidrantes exteriores caldera

Superficie 1440 m2


Autonomía 90 min


Simultaneidad 2

Tabla 12-7 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Caldera





cálculo

Diámetro

nominal

Colector 4 m/s 1950 L/min 0,1017 m DN 100 (4 ´´)

Ramales 6 m/s 780 L/min 0,052523 m DN 50 ( ¾ ´´)


12.2.5 Almacenamiento intemperie


Superficie 18.077 m2

10 pilas en zona 1: 6.026 m2

20 pilas en zona 2: 12051 m2

Tipo de establecimiento Tipo E. Riesgo alto

Autonomía 90 min


Simultaneidad 2

Tabla 12-8 Parámetros de diseño cálculos hidráulicos Hidrantes Exteriores Almacenamiento

intemperie

Caudal zona 1 = 2 x 3000 L/min= 6.000 L/min

Reserva de agua zona 1 = 6.000 x 90 min = 540.000 L

Caudal zona 2 = 2 x 3000 L/min= 6.000 L/min

Reserva de agua zona 2 = 6.000 x 90 min = 540.000 L

12.2.6 Depósito de reserva de agua. Sistema de bombeo

Sistema de rociadores automáticos

Establecimiento Reserva de agua Caudal teórico

Nave de fardos 292.500 L 3.250 L/min

Nave de Productos triturados 292.500 L 3.250 L/min

Silo horizontal 409.500 L 4.550 L/min

Caldera 175.500 L 1950 L/min

Nave de equipos de generación 175.500 L 1.950 L/min

Tabla 12-9 Reserva y caudal mínimo necesario en cada sistema de rociadores automáticos de la planta de

biomasa

Tabla 12-10 Reserva y caudal mínimo necesario en cada sistema de hidrantes exteriores de la planta de

biomasa

Sistema de hidrantes exteriores

Establecimiento Reserva de agua Caudal teórico

Nave de fardos 360.000 L 4.000 L/min

Nave de Productos triturados 450.000 L 5.000 L/min

Silo horizontal 4.000 L 4.000 L/min

Caldera 360.000 L 4.000 L/min

Nave de equipos de generación 360.000 L 4.000 L/min

Campa intemperie 540.000 L 6.000 L/min

68

En caso de tener un Sistema de hidrantes exteriores y un sistema de rociadores automáticos, según el

Reglamento de Protección contra Incendios en los Establecimientos Industriales, el caudal mínimo y la reserva

minima exigible será la necesaria para la instalación del Sistema que requiera más cantidad.

Teniendo esto en cuenta, será el sistema de protección contra incendios de la campa intemperie la que

determine la capacidad del déposito de reserva de agua y el caudal que debe ser capaz de suministrar el sistema

de bombeo.

La reserva de agua necesaria es de 540 m3 y el caudal mínimo exigible en el Sistema de bombeo es de 6.000

L/min.

Para diseñar por el lado de la seguridad, implantaremos un depósito de agua de las siguientes características:

- Capacidad: 1080 m3

- Altura: 8 m → 9 m

- Diámetro: 13,11 m.

Para garantizar el suministro de caudal a cada uno de los sistemas de protección contra incendios, el sistema de

bombeo contará con 3 bombas: una bomba mecánica, una bomba eléctrica y una bomba jockey.

La bomba mecánica será una bomba electrica principal. La bomba secundaria, será una bomba diesel de

reserva para casos de emergencia en los que la central se quede sin suministro eléctrico. Finalmente, la bomba

jockey es la bomba auxiliar de pequeño caudal diseñada para mantener la presión en la red contraincendios y

evitar la puesta en marcha de la bomba principal en caso de pequeñas demandas de la red.

El sistema de bombeo se seleccionará según el caudal teórico máximo y la presion máxima. El caudal será de

6.000 L/min. La presión máxima tendrá en cuenta: la presión en el rociador más desfavorable, la variacion de

presión estática, y las pérdidas por fricción a lo largo de los tramos mediante la formula de Hazen – Williams.

P= Proc/hidrante + ΔP estática + Proz

Proz = 𝑄 1,85 ∗6,05∗105

𝐶1,85 𝑑4,85 * L

En la formula de Hazen- Williams, el valor de C será 120 para el caso de tuberías de acero galvanizado. La

longitude tendrá en cuenta los tramos recorridos y los elementos de union o cambió de dirección. Estimamos el

valor de L como la longitud de los tramos incrementada en un 20%.

Para estimar la presión del sistema de bombeo, estudiaremos las cuatro casuisticas más desfavorables.

Caso 1: Caudal máximo

(Campa intemperie)

Hidrantes

Q = 6.000 L/min

Ltramos = 500 m

L = 600 m

v = 2 m/s

d = 252 mm

Proz = 1,1382 bar

Caso 2: Diámetro mínimo

(Caldera)

Rociadores

Q = 1950 L/min

Ltramos = 15 m

L=18 m

v = 2 m/s

d = 144 mm

Proz= 0,064 bar


Caso 3: Longitud máxima

(Silo horizontal)

Rociadores Nave de productos

triturados

Q=4550 L/min

Ltramos= 635 m

L =762 m

V = 2 m/s

d = 220 mm

Proz= 1,6741 bar

Tabla 12-11 Estimación pérdidas por fricción máximas en la red de distribución de agua

También es necesario estudiar el caso en el que se máximizan la presiones estáticas. El sistema de protección

de incendios donde debemos alcanzar mayor altura, es el sistema de rociadores de la nave de productos

triturados. A continuación se calculan las pérdidas por fricción para ese caso en concreto.

Caso 4: Altura máxima

alcanzada por la red

(Nave productos triturados)

H = 10 m

Q = 3.250 L/min

Ltramos = 200 m

L = 240 m

v = 2 m/s

d = 186 mm

Proz= 0,6387 bar

Tabla 12-12 Estimación pérdidas por fricción en el sistema de rociadores de la nave de productos

triturados

- P1 = 1,1382 + 7 = 8,1382 bar

- P2 = 0,064 + 0,5 + 0,8 = 1,364 bar

- P3=1,674 + 0,5 + 1,03 = 3,1774 bar

- P4 = 0,6387 + 0,5 + 1= 2,1387 bar

Seleccionamos un sistema de bombeo capaz de comunicar una altura de 100 mca.

12.3 Red de espuma

Denominamos red de espuma al equipo de dosificacion de espumófeno y a las cámaras de espuma utilizada para

la protección de incendios de los silos pulmón de caldera. Estos equipos de protección se conectarán a la red de

agua descrita anteriormente. La reserva de agua y el equipo de bombeo será común al sistema de rociadores

automáticos y de los hidrantes exteriores. Debido a la dimensión de los silos en comparación con el resto de los

establecimientos, la cantidad de caudal y presión necesaria no será restrictiva sobre el resto de sistemas.

La función de la espuma será enfriar el fuego y recubrir el combustible, evitando su contacto con el oxígeno, lo

que provocará la supresión de la combustión. La espuma aislará el aire de la superficie del combustible

eliminando la emanación de vapores inflamables por parte de la biomasa.

Se utilizará una espuma de clase A. Estas espumas se desarrollan para luchar contra incendios forestales y

resultarán ventajosas en nuestro almacenamiento debido al origen de los productos utilizados en la planta. Las

espumas de clase A reducen la tension superficial del agua, lo que ayuda a humedecer y saturar los combustibles

sólidos orgánicos. Esto, además de ayudar a la supresión de incendios, podrá evitar la reignición.

El sistema de espumante seleccionado será de baja expansión al tratarse de un riesgo en almacén de productos

combustibles de clase A: sólidos orgánicos.

70

El espumógeno es el concentrado líquido de agente emulsor que utilizaremos para producir el espumante. Será

de tipo AFFF, una espuma idónea para conseguir cubrir extensas áreas rapidamente. Se caracterizan por su buen

escurrimiento, lo que le permitirá fluir, en el caso de la campa, en torno a los obstáculos sellando el fuego entre

las pilas de biomasa. Concretamente, será Demsa Gold AFFF 3% 0F.

12.3.1 Campa intempérie

La campa intemperie es un establecimiento tipo E con una superficie de ocupacion de 18.077 m2. Los sistema

de protección contra incendios serán los exigidos por el Reglamento de Protección contra Incendios en

Establecimientos Industriales pero tendremos en cuenta que este almacenamiento no presenta ningún elemento

estructural y por tanto, equipos como BIES o detectores manuales no se colocarán en este caso.

La campa se equipará con un sistema de hidrantes exteriores, pero cabe la posibilidad de utilizer caminiones de

espuma con lazaderas manuales. De esta última tarea se encargarán los bomberos. Para ello, se habilitarán vías

de circulación que recorran perimetralmente la campa.

La espuma se verterá sobre las pilas mediante la técnica de la Lluvia. La espuma se lanzará casi verticalmente

hasta llegar a una altura de 6 metros, es decir, un metro por encima de cada una de las pilas. Una vez alcanzada

esa altura, la espuma caerá sobre la biomasa en pequeñas gotas. Se generará una película de espuma que irá

recorriendo la superficie de la campa y cubrirá cada uno de los rincones. Esta técnia garantiza un apagado

rápido.

12.3.2 Silos pulmón de caldera

Los silos de caldera se equiparán con un sistema de espuma equivalente al que se realiza en los tanques de

almacenamiento de techo fijo en las centrales petrolíferas. Considerando que los silos tendrán un diámetro

inferior a 24 m, según la norma UNE 13565-2, se colocará una única entrada de espuma en la junta debíl

superior del silo.

Contaremos con una cámara de espuma para abastecer a los dos silos de caldera presentes en nuestra planta de

biomasa. Esta cámara se colocará en forma de anillo entorno a cada uno de los silos. Al entrar en la cámara, la

solución de espuma se expandirá y se descargará con ayuda de una boquilla en el interior del silo. Para ello,

utilizaremos también un generador de espuma de aleación ligera equipada con una válvula de clapeta.

El sistema de espumógeno se colocará junto a los silos para generar el espumante en las inmediaciones de su

inyección en la cámara de espuma. La red de distribución de agua tendrá una raminficación hacia los silos. En

caso de incendio, el agua circulará por esta ramificación, y mediante efecto Venturi activará el sistema de

dosificación de espumógeno. El espumante generado se dirigirá hacia la cámara de esupma donde se mezclará

con aire y se inyectará en el interior del silo.

Figura 12-1 Generador de espuma


Figura 12-2 Cámara de espuma

12.4 Medidas implantadas en la parcela

Según el Reglamento de Protección contra Incendios en Establecimientos Industriales, debido a la cercania

entre masa forestal y nuestra planta de biomasa, mantendremos una franja perimetral de 25 m en la zona este

de la parcela. Esa anchura quedará libre de vegetación, con la masa forestal esclarecida y las ramas bajas

podadas.

72

13 SANEAMIENTO

l sistema de evacuación de aguas será un sistema separativo para evitar la contaminación de las aguas

recogidas. Contaremos con una red de pluviales, una red de pluviales contaminadas y una red de

fecales. El objetivo es recoger el agua pluvial acumulada en las cubiertas de las naves, en las zonas

urbanizadas y en las no urbanizadas; asi como las aguas residuales originadas en el edificio de oficinas y edificio

de control. Para facilitar este proceso, el terreno contará con una pendiente suave del 2% hacia los puntos de

evacuación.

Las aguas pluviales contaminadas, no contaminadas y las aguas de procesos, se evacuarán a la red pública desde

el mismo punto de vertido. Todas ellas se canalizarán hacia una arqueta común en la que las aguas pluviales

contamindas una vez desbastadas, y las no contaminadas confluirán. Las aguas de procesos se conducen a la

misma arqueta, sin embargo, se acumularán previamente en una sección de la arqueta en la que controlaremos la

eficacia del proceso de neutralización al que han sido sometidas. Se colocará una bomba sumergible que permita

bombear las aguas de proceso de nuevo al punto de neutralización en caso de que no hayan alcanzado las

características adecuadas para su vertido. El agua no bombeada, se conducirá al resto de la arqueta mediante

rebosadero. Se mezclarán con las aguas pluviales para su vertido. La arqueta presenta unas dimensiones de 3x3

m de superficie, una altura de 4 m del muro exterior, y una altura de 3 m del muro rebosadero. En este punto, se

tomarán medidas de las aguas evacuadas para el control su temperatura y pH.

13.1 Evacuación de pluviales no contaminadas

La red de evacuación de aguas pluviales se diseña teniendo en cuenta datos meteorológicos, datos históricos y la

escorrentía del terreno. Según los datos extraidos del año 2018, la intensidad máxima de lluvia en Mérida ha

alcanzado un valor de 64 L/m2h. Para el cálculo de la red de tuberías supondremos una intensidad de lluvia de I

= 2 I max = 192 L/m2h.

Dotaremos a las naves de almacenamiento, a la estructura metálica de la caldera, a la nave de equipos de

generación, al edificio de oficinas y edificio de control; de canalones y bajantes que recogerán el agua

acumulada en las cubiertas. Los bajantes evacuarán el agua hacia arquetas, y estas conectarán mediante

colectores de PVC, al conducto principal de la red. Este se ubicará a lo largo del eje de cada uno de los viales,

contando con algunas ramificaciones que recorrerán perimetralmente las naves de la planta de biomasa.

Las arquetas se ubicarán en el punto final de cada bajante. Serán prefabricadas de hormigón y tendrán unas

dimensiones de 40 x 40. Estarán dotadas de una tapa registrable de las mismas dimensiones.

Los pozos serán prismáticos de hormigón armado. Se ubicarán cada 40 y 50 m aproximadamente y en los

cambios de dirección del conducto principal. Serán en estos puntos, en los que se irá modificando la seccíon de

la red de tubería. Contarán con anillos cilíndricos machiembrados de 1 a 2 m de diámetro y 1 m de altura.

El agua procedente de la urbanización se recogerá mediante imbornales dispuestos a trebolillo a lo largo de los

viales de circulación y entorno a los establecimientos de la planta de biomasa. Los imbornales implantados en

los viales recogerán, además, el agua procedente de las zonas no urbanizadas. Aquellos que se situen en los

viáles, se situarán a una distancia de 25 m entre ellos y a 2,6 m del conducto principal.

Para el diseño de la red de evacuación es necesario tener en cuenta la escorrentía. Denominamos escorrentía al

porcentaje de precipitación que circula por el terreno y que es necesaria recoger. Para el cálculo de los canalones

y bajantes, supondremos una escorrentía del 100 %, en las zonas urbanizadas será del 90 %, mientras que en las

no urbanizadas será del 20%. Para ello, la parcela contará con una pendiente suave del 2% que facilitará la

conduccion del agua hacia los puntos de recogida y evacuación.

E


Las canalizaciones serán enterradas, de sección circular y de transporte. Se dimensionan prestando especial

atención al diseño de las uniones, cambio de pendientes y cambio de dirección para evitar pérdidas puntuales de

energía. Se supondrá una velocidad de circulación de 1 m/s, considerando que este valor permite la auto

limpieza de los conductos, evita sedimentaciones y a la vez evita erosiones en el interior de las tuberías. La

evacuación se realizará por gravedad.

13.1.1 Nave de fardos

Se colocan dos canalones a ambos lados de la nave y un bajante cada dos vanos. En total contaremos con 30

bajantes. Cada una de ellas evacuará el agua hacia una arqueta de hormigón prefabricado de 40x40. Se

colocarán 13 pozos a lo largo del conducto principal. Este recogerá el agua de 74 imbornales separados a 6 m y a

una distancia de 1,5 m o 4,5 m de la fachada.

El conducto principal se iniciará en la esquina sureste y se bifurcará en dos direcciones hasta conectar con la red

de pluviales del resto de la planta de biomasa.

Elemento Superficie Diámetro de

cálculo

Diámetro

seleccionado

Bajante 211,367 m2 119,8 mm 125 mm

Canalón 3.170,5 m2 464 mm Desarrollo de 1,5 m

Tabla 13-1 Parámetros de diseño y dimensiones de canalones y bajantes en la nave de fardos

13.1.2 Nave de productos triturados

Se colocan 4 canalones. Tres de ellos se disponen a lo largo de la nave con una longitud de 210 m; mientras que

el cuarto, se colocarán entre la cubierta en voladizo y la cubierta de la nave principal con una longitude de 70 m.

Contaremos con 39 bajantes. El agua recogida en el canalón 1 y 3 se evacuarán por 36 bajantes dispuestas cada

dos vanos. El agua recogida en el canalón 2 se dirigirá hacia la bajante (1) y hacia el canalón 4, el cual conducirá

el agua hacia las bajantes (2) y (3). Se colocarán tantas arquetas prefabricadas de hormigón como bajantes

tengamos en la nave.

Elemento Superficie Diámetro de cálculo Diámetro seleccionado

Canalón 1 y 3 3.769,78 m2 505,95 mm Desarrollo de 1 m

Canalón 2 3.769,78 m2 505,95 mm Desarrollo de 1 m

Canalón 4 1.256,59 m2 292,11 mm Desarrollo de 1 m

Bajante 1 1.884,89 m2 357,77 mm 400 mm

Bajante 2 y 3 628,295 m2 206,55 mm 200 mm

Bajante 4-39 215,4156 m2 120,94 mm 125 mm

Tabla 13-2 Parámetros de diseño y dimensiones de canalones y bajantes en la nave productos

triturados

74

Figura 13-1 Croquis red de evacuación aguas pluviales en nave de fardos

Leyenda

___ Canalón O Bajante

___ Colector O Imbornal

___Conducto principal ■ Pozos


Figura 13-2 Croquis red de evacuación aguas pluviales en nave de productor triturados

Leyenda




76

13.1.3 Silo horizontal

Se colocarán 2 canalones de 112 m a ambos lados del silo situados a 2 m sobre la rasante del suelo. Suponiendo

una inclinación de 50º de la cubierta, el área asociada a un canalón será de 1.403,35 m2. Por otro lado, para

recoger el agua acumulada en cada uno de los canalones, colocaremos 10 bajantes en cada uno de ellos a una

distancia de 11,2 m. Estas bajantes tendrán una altura de 2 m y conducirán el agua a arquetas de 40x40

prefabricadas de hormigón.

Tal y como se observa en el croquis, tendremos 8 pozos y 44 imbornales. Los imbornales estarán a trebolillo a

1,5 o 4,5 m de la fachada y a 6 m de distancia.

El conducto principal se inicia en la esquina sureste con dos puntos de bifurcación. Conducirá el agua hacia la

esquina noroeste con una pendiente del 1 %.


Bajante 140,335 m2 97,62 mm 100 mm

Canalón 1.403,35 m2 308,7 mm Desarrollo de 1 m

Tabla 13-3 Parámetros de diseño y dimensiones de canalones y bajantes del silo horizontal

Figura 13-3 Croquis red de evacuación de aguas pluviales en Silo horizontal

13.1.4 Estructura metálica caldera

La estructura metálica en la que alberga la caldera acuotubular ocupa una superficie de 30 x 45 m. La cubierta es

horizontal, pero presentará una ligera inclinación hacia dos canalones para facilitar la evacuación de las aguas

pluviales. El área asociada a cada canalón puede aproximarse a 675 m2 de superficie. Cada uno de ellos

conectarán con 9 bajantes a 5,625 m de distancia. Cada bajante tendrá asociado 84,38 m2 de superficie.

Tendremos tantas arquetas como bajantes.

Se colocarán 5 pozos y 8 arquetas

El conducto principal se inicia en la esquina sureste con dos bifurcaciones independientes. En la esquina

noroeste conectará con la red de pluviales del resto de la planta de biomasa.

Leyenda






Bajante 84,38 m2 75,69 mm 80 mm

Canalón 675 m2 214 mm 200 mm

Tabla 13-4 Parámetros de diseño y dimensiones de canalones y bajantes en la estructura metálica de la

caldera

Figura 13-4 Croquis red de aguas pluviales estructura métalica caldera

13.1.5 Nave equipos de generación

La nave de equipos de generación ocupa una superficie de 32 x 58 m. La inclinación de cubierta a dos aguas

favorece la evacuación de las aguas pluviales.

Se colocarán dos canalones a ambos lados de la nave para recoger el agua acumulada en 535,22 m2 de

superficie de cubierta. Cada uno de ellos conectará con 10 bajantes separadas a 5,8 m. Estas evacuarán el 10 %

del agua recogida en el canalón y la conducirán hacia arquetas de 40x40.

Se ubicarán imbornales a trevolillo a 6 m de distancia entre si y a 1,5 o 4,5 m de la fachada. En este caso, el

nímero de pozos será 5. Se colocarán en los cambios de dirección.

El conducto principal emergerá de la esquina sureste con dos vertientes independientes. Irá recogiendo el agua

de los colectores y los imbornales hasta conectar en la esquina noroeste con la red de evacuación de la planta de

biomasa.

Leyenda




78


Bajante 53,522 m2 60,28 mm 65 mm

Canalón 532,22 m2 190,06 mm 200 mm

Tabla 13-5 Parámetros de diseño y dimensiones de canalones y bajantes en la nave de equipos de

generación

Figura 13-5 Croquis red de aguas pluviales Nave equipos de generación

13.1.6 Edificio de oficinas y edificion de control

La evacuación de aguas pluviales en los edificios de oficinas y de control se realiza de manera análoga a las

naves de almacenamiento, en este caso la superficie de cubierta es de 16 x 16 m y por tanto, cada canalón

evacuará el agua acumulada en 128 m2. En ambos edificios, las bajantes se ubicarán en las esquinas del

cerramiento exterior. En el caso del eficion de oficinas tendrán una altura de 6 m; mientras que, en el edificio de

control, tendrá una altura de 3 m. Colocaremos canalones de 75 mm de diámetro y bajantes de 32 mm. Cada

edificio contará con 4 arquetas que conducirán las aguas pluviales hacía la red principal de pluviales situada en

el lado este de los edificios

13.1.7 Escorrentía de víales y zonas no urbanizadas

La escorrentía considerada en los viales será del 90 %. Teniendo en cuenta una intensidad máxima de 192 L/m2h

y una anchura de 2, 6 m de ancho para cada dirección de circulación, sabemos que la cantidad de agua a evacuar

será de: 449,28 L/mh. En nuestra planta contamos con 7.794 m de víales de circulación, por tanto, se evacúan

3.501,778 m3/h.

Por otro lado, la escorrentía considerada para las zonas no urbanizadas será del 20%. Con el mismo valor de

intensidad máxima que el caso anterior, tenemos 38,4 L/m2h. Las superficies no urbanizadas se estiman en

12.7598,283 m2, lo que implica una evacuación de 4.899,774 m3/h.

Leyenda





13.2 Evacuación de pluviales contaminadas

La red de aguas pluviales contaminadas evacuará la escorrentía de la campa intemperie y las aguas de proceso

en las que se destacan las purgas de la torre de refrigeración y las purgas de la turbina.

La escorrentía de la campa se estima con un factor de 0,2. Teniendo en cuenta una intensidad de cálculo de 192

L/m2 h, se evacúan 38,4 L / m2h. Las aguas pluviales de la campa estarán entorno a los 700 m3. Se someterán a

una fase de desbaste en la arqueta previa a su vertido final para retener los sólidos que hayan sido filtrados

provenientes de las pilas de biomasa.

Las purgas generadas en la turbina y en la torre de refrigeración se conducirán a una planta de tratamiento para

su posterior vertido a la red de aguas residuales. Tomando como referencia otras plantas de biomasa, se estima

un caudal de 50 m3/h de purgas en la turbina y un caudal de 80 m3/ h en las torres de refrigeración; lo que

supone un caudal de alimentación en la planta de tratamiento de 130 m3/h. Anualmente se trataran 1040.000 m3

de purgas. Suponiendo una velocidad de 1m/s, las conduciones presentarán un diámetro de cálculo de 214,4

mm.

Estas aguas de proceso pasarán por un sistema de dosificación de ácido sulfúrico y sosa para ajustar su ph entre

6 y 8. Además, sin ser un parámetro restrictivo, pero si de interés, se controlará la temperatura.

13.3 Evacuación de aguas residuales

La red de aguas fecales se encargará de evacuar el agua procedente de los vestuarios y aseos de las oficinas. De

la misma forma que las aguas pluviales, la evacuación se realiza por gravedad mediante conductos de transporte

y sección circular. El agua irá discurriendo desde los desagües hacia los colectores, pasando de arqueta en

arqueta hasta llegar finalmente al punto de vertido a la red pública.

En las oficinas, la red interior de desagues será de PVC y los diámetros vendrán determinados en función del

aparato al que se encuentre conectado. Estos diámetos se indican en la siguiente tabla extraida de la normativa

UNE-53114.

Figura 13-6 Tabla Diámetro de los desagues según la norma UNE-53114

Los colectores de estos desagues deberán tener un diámetro superior al indicado por cada aparato. Teniendo en

cuenta que el mayor diámetro posible es de 100 mm, implantaremos bajantes de 110 mm. La pendiente será

función del número aparatos conectados según la tabla 4.5 del CTE DB HS.

Figura 13-7 Tabla Diámetros de los colectores horizontales en función del número máximo de UD y la

pendiente adoptada

Los colectores de 110 mm se unirán a un colector común de 125 mm para conectactarse finalmente a la red

pública de alcantarillado.

En las naves de almacenamiento y en la nave de equipos de generación se colocarán puntos de evacuación de

agua de limpieza que la vertirán a colectores de 125 mm para su conducción hacia la red pública.

80

14 RED ELÉCTRICA

Desde el punto de vista de consumo, la instalación de la planta se abastece de energía en alta tensión

disponiendo de un centro de seccionamiento y transformación de 2.500 kVA. La acometida será realizada desde

una línea de 20 kV de la compañía suministradora independiente de la línea de evacuación.

Desde el punto de vista de la evacuación de la planta de energía de biomasa, se prevee una subestación

elevadora a 66 kV en la propia planta para 20 MW, y una línea de evacuación a 66 kV hasta la subestación

propiedad de la compañía eléctrica.

Ambas líneas de acometida y evacuación estarán sujetas a la legislación de:

- Reglamento de Líneas Eléctricas Aéreas de Alta Tension (RAT)

- Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (RBT)

- Reglamento sobre Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación (RCE)

- Real Decreto 413/2014 por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica a partir

de fuentes de energía renovables, cogeneración y residuos.

14.1 Red eléctrica de abastecimiento

La red eléctrica de abastecimiento consistirá en una red de media tensión y baja tensión. La compañía

suministradora nos proporcionará mediante una línea aérea la potencia requerida en la planta a una tensión de

20.000 V. Para su distribución a los distintos puntos de consumo, será necesaria la implantación de un centro de

transformación y una línea de distribución, así como un cuadro general y cuadros parciales de baja tensión.

14.1.1 Estimación de la potencia útil necesaria

El diseño de la instalación de media tensión se realiza a partir de la estimacion de potencia consumida en la

planta de biomasa. Realizando una suma aritmética de las potencias requeridas en cada punto de consumo,

estableceremos el valor de la potencia contratada a la compañia suminstradora y el tipo de transformador que

vamos a utilizar. A continuación, se muestra una tabla con los valores estimados.

Para el caso del aire acondicionado se tiene en cuenta las siguientes equivalencies:

- 1f = 0,001161 KWt

- 1,8 KWt = KWh

Puntos de consumo Potencia (KW)

1. Aire acondicionado oficinas 110 f/m2 118 kW

2. Aire acondicionado edificio de control 110 f/m2

59 kW

3. Aire acondicionado nave equipos de

generación

150 f/m2 60kW

4. Bombeo protección contra incendios 210 kW

5. Alumbrado zonas urbanizadas 354 kW


6. Alumbrado almacenes 496 kW

7. Alumbrado zona oficinas 4 kW

8. Máquinas de transporte neumático

- Cintas transportadoras (12)

- Tornillos sin fin (7)

- Trippers (4)

- Reclaimer (2)

- 30 KW cada una

- 60 KW cada uno

- 10 KW cada uno

- 90 Kw cada uno

1000 kW

Trituradoras 900 KW

Total 3201 kW

Tabla 14-1. Estimación de potencias de consumo (kW)

14.1.2 Transformadores

En la instalación eléctrica de media tensión utilizaremos transformadores reductores de tensión para llevar la

potencia suministrada por la compañia eléctrica a niveles de tension de 420 V.

La selección del transformador se realiza en función de la potencia aparente. Considerando un rendimiento del

100%, un factor de potencia de 0,8 y una potencia útil necesaria de 3.201 kW; dicha potencia tendrá un valor de:

4001,25 kVA.

Con una potencia aparente de 4001,65 kVA, se colocarán dos transformadores de 2500 kVA con ello

conseguiremos sobredimensionar la capacidad del CT con un valor de 5.000 kVA. Cada uno de los

transformadores quedará situado en un espacio independiente, perfectamente marcado y salvaguardado. Se

localizarán en celdas, con tabiques a ambos lados sobre los que apoyaremos el embarrado de alimentación.

De esta forma, en caso de que se produzca algún fallo en uno de ellos, podremos suministrar potencia a los

equipos con el otro transformador. Así evitamos la necesidad de parar el proceso productivo durante el periodo de

reparación.

El transformador seleccionado es de tipo sumergido en dieléctrico líquido perteneciente a OASA. Tiene una

potencia asignada de 2500 kVA, una tension en el primario de 20.000 V y una tensión en el secundario de 420 V.

Dicho transformador presenta las siguientes dimensiones:

- Altura: 1,727 m

- Ancho: 1,487 m

- Longitud: 2,093 m.

- Diámetro ruedas: 200 mm.

El grupo de conexión es D yn 11. Es una conexión estrella – triángulo. La conexión triángulo a la entrada del

transformador constará de 3 fases. Entre fases hay un voltaje de 20.000 V. A la salida del transformador

tendremos 3 fases y el neutro; con un voltaje entre fases de 420 V y entre fase y neutron de 240 V. Utilizaremos el

neutron para la conexión a tierra como medida de protección. Tambien se utilizará junto con las fases para llevar

el voltaje en media tension hacia nuestro cuadro general.

14.1.3 Esquema unifilar media tensión

Una vez estimadas las necesidades de potencia de la planta en 3201 kW, se solictará un suministro a la compañia

electrica de 4001,25 kVA.

82

El suministro se realizará desde la subestación de Almendralejo con una línea aérea de media tensión. El apoyo

fin de línea se encontrará dentro de los límites de nuestra parcela, en las inmediaciones del centro de

transformación.

Para el paso de línea aérea a subterránea desde el apoyo fin de línea hacia el centro de transformación, se

utilizarán cables secos RHZ1 de Al 240 mm2 protegidos con pantalla de hilo de Cu de 18 mm2.

El centro de transformación contará con un conjunto de celdas de Ormazabal de 24 kV con aislamiento SF6. Estas

celdas consistirán en armarios metálicos donde ubicaremos la aparamenta de maniobra y protección de la red de

media tensión. El uso de celdas nos permite garantizar un ahorro de espacio, mayor simplicidad de la instalación y

una protección segura frente al polvo de cada uno de los dispositivos. En este caso, podemos distinguir las

siguientes celdas:

• Celdas de entrada: Tendremos dos líneas: L1 y L2. Estas celdas de acometida pertenecerán a la compañia

suministradora. Se encargarán de comunicar la potencia contratada al centro de transformación. Como

medida de protección, irán equipadas con un interruptor de corte de carga y un seccionador de puesta a

tierra.

• Celda de protección y seccionamiento general: Se equipará de un interruptor automático para proteger el

centro de las condiciones de sobrecargas o cortocircuitos aguas arriba de los elementos de protección

individual de cada transformador. Será una forma de independizar, en caso de emergencia o avería, la red

de la compañia y la red propiedad del abonado, mejorando la maniobrabilidad de la línea electrica.

• Celda de medida: Incluye transformadores de tensión y de intensidad. Se instalarán conforme a la

compañia suminstradora

• Celdas transformadores: Cada transformador contará con una celda independiente. En ellas se incluira la

aparamenta de protección de cada uno de ellos, la cual consiste en un interruptor automático.

Figura 14-1 Esquema unifilar media tensión


El valor de las intensidades nominales que circularán aguas arriba y abajo de los transformadores, son las

siguientes:

𝐼𝑛 1 =5000 · 103

√3 · 20.000= 144,34 𝐴

𝐼𝑛 2 =5000 · 103

√3 · 420= 6.873,23 𝐴

14.1.4 Centro de transformación

La misión del centro de transformación será reducir el nivel de tensión suministrada por la compañia hasta

valores adecuados para las cargas. Será el punto frontera entre la media y la baja tensión.

El diseño del centro de tranformacion deberá garantizar la potencia demandada en la planta de biomasa con un

margen de reserva en previsión de crecimiento de la misma.

En este caso, será de construcción en obra y se colocará en el exterior. Será de tipo industrial, caracterizado por

los consumos variables y de gran valor.

Tendrá las dimensiones que se muestran en el croquis adjunto:

Figura 14-2 Croquis planta del centro de transformación

En él, podemos distinguir la zona perteneciente a la compañía eléctrica y la zona perteneciente al abonado. Los

transformadores se ubicarán en una superficie de 4 x 3 m; las celdas de medida ocuparán una superficie de 3 x

2,5 m, las celdas de acometida ocuparán 0,8 x 2,5 m; y las celdas de protección general e individual de los

transformadores ocuparán 1 x 2,5 m.

84

Figura 14-3 Croquis fachada este del centro de transformación

Figura 14-4 Croquis fachada oeste del centro de transformación

La parte de la compañia suministradora contará con un acceso desde el exterior, desde la fachada oeste paralela

al límete de la parcela. Tendrá unas dimensiones de 2,02 m de alto y 0,8 m de ancho. Para acceder al resto de

celdas, propiedad del abonado, se habilitará un pasillo de 2,5 m de ancho y 8 m de longitud con dos puertas, una

en cada extremo, de 2.02 m de alto y 1,8 m de ancho. Por estos accesos se introducirán además los

transformadores al interior del centro de transformación. Por ello, se colocará una parte desmontable en las

puertas de acceso que permita aumentar la altura libre en 0,8 m. Las celdas de los tranformadores contarán con

puertas correderas.

Para la colocación de cada uno de los transformadores, dispondremos de guías tipo carril sobre soportes y

perfiles que permitan la rodadura del equipo sobre ellas. Bajo estos carriles, se colocará un foso de 0,5 m de

profundidad y una superficie de 2,8 m2 capaz de acumular los posibles derrames de aceite contenidos en el

transformador. La capacidad del foso se diseña teniendo en cuenta los 1400 L de aceite de cada transformador.

Se colocará una malla con piedra apagallama, capaz de filtrar el aceite pero sofocando las posibles llamas.

Construiremos el CT sobre 6 zapatas aisladas de HA-30 arriostradas con viguetas en una única dirección. Sobre

ellas, se colocarán pilares de hormigón de 30x30 y 3 m de altura.

El cerramiento exterior será de ladrillo 40x20x20 cm con enfoscado interior y exterior. Las celdas de los

transformadores también se separarán con este tipo de cerramiento interior. Las celdas de acomtetida se aislarán

del resto mediante una malla metálica con la posibilidad de acceder a las celdas de medida desde el interior.

La cubierta será tipo sándwich con un espesor de 20 cm.

El equipo de alumbrado debe permitir suficiente visibilidad para ejecutar maniobras y revisiones en los centros.

Tendremos una iluminación mínima de 150 lux con al menos dos puntos de luz. Según la normativa aplicada, se

deberán instalar equipos de emergencia de alumbrado que garanticen un nivel luminoso de 5 lux como mínimo

durante al menos dos horas.


La ventilación será natural mediante rejillas en forma de “V” invertida que colocaremos en forma de lamas. Se

diseñan para formar un laberinto que evite la entrada de agua de lluvia en el centro de transformacion y se

complementa cada rejilla interiormente con una malla mosquitera.

Para la conducción subterránea de las canalizaciones de acometida, se dispondrá una arqueta en el apoyo fin de

línea y en los cambios de dirección de dimensiones 116 x116 cm. Contaremos con una zanja registrable.

Para la conducción de baja tension a la salida de los transformadores, dispondremos de bandejas colgadas del

techo en el interior del centro de transformación. Cada bandeja conducirá 9 cables de 240 mm2 de Cu con

aislamiento XLPE 0,6/1kV a la salida de cada transformador. El cableado de baja tension se dirigirá hacia el

cuadro general de baja tensión.

14.1.5 Conexión a tierra centro transformación

La puesta a tierra se realiza según la instrucción MIE-RAT-13.

Distinguimos dos tipos de conexión a tierra independientes:

1. Puesta a tierra de servicio

Según el apartado 6.2 de la instrucción citada, deben conectarse a tierra todos los elementos de la

instalación tales como: neutros de transformadores y derivaciones a tierra de los seccionadores

utilizados.

Se colocarán cables de Cu de 70 mm2 con aislamiento XLPE. El cable se prolongará hasta una

distancia de 6 m desde transformador. A continuación se colocarán 3 picas a una distancia de 3 m.

2. Puesta a tierra de protección

Es la correspondiente a la conexión de tierra de todas las partes de la instalación que sean metálicas

o conductoras y que, normalmente no estén en tensión pero, a consecuencia de averías o accidentes,

puedan estarlo.

Construiremos dos anillos. El primero de ellos se encargará de unir los 6 pilares del centro de

transformación y de conectarlo a tierra mediante picas. Será un anillo enterrado y desnudo. El

segundo anillo unirá las masas del centro de transformación y se conectará al primer anillo a través

de un puente.

Figura 14-5 Croquis de la red de tierra en el centro de transformación

86

14.1.6 Baja tensión

La planta de biomasa cuenta con un centro de trasnformación propio equipado con 2 tranformadores reductores

de 2500 kVA 20.000/420 V.

La estimación de potencias demandadas por la red de abastecimiento han quedado recogidas en la explicación

de la red de media tensión. Serán estas demandas en las que basaremos el diseño de la red de baja tensión

considerando una simultaneidad de 1.

El material conductor que utilizaremos para las conexiones será el cobre. A pesar de que el aluminio tiene un

coste inferior, sus características mecánicas y eléctricas se ven deterioradas a lo largo del tiempo. El cobre

presenta un mantenimiento más sencillo, mantinene sus características más estables a lo largo del tiempo y

presenta mejores especificaciones técnicas.

En la red de baja tensión contaremos con un cuadro general y 4 cuadros parciales, cada uno de ellos con sus

respectivas protecciónes y conexiones.

El cuadro general se constituirá por un embarrado compuesto por módulos de 600 x 800. Se alimentará con dos

líneas procedentes de cada uno de los transformadores situados en el centro de transformación con una

intensidad de 3600 A aproximadamente. Como medida preventiva, colocaremos un acomplamiento manual de

3600 A para casos de averías.

El cuadro general alimentará 4 cuadros parciales: cuadro parcial oficinas (CP1), cuadro parcial generación

(CP2), cuadro parcial maquinaria (CP3), y cuadro parcial batería condensadores (CPBC) Cuadros parciales. El

CP1 se ubicará en el edificio de oficinas, el CP2 en la nave de equipos de generación, el CP3 en la planta de

trituración, y el CPBC junto al CGBT.

Las baterias de condensadores se conlocarán para una mejora en el rendimiento de la industria y disminuir las

penalizaciones por el consumo de potencia reactiva. Serán de vasos fijos conectados al neutro de baja tensión de

cada uno de los transformadores.

Las principales potencias demandadas en cada punto de nuestra planta de biomasa son los siguientes:

Tipo tensión P util (kW)

Aire oficinas III N T 420 118

Aire edificio control III N T 420 59

Aire nave generacion III N T 420 60

Bombeo PCI III N T 420 210

Maquinaria III N T 420 1000

Trituradoras III N T 420 900

Alumbrado urbanizacion III N T 420 354

Alumbrado Almacenes III N T 420 496

Alumbrado edificios III N T 420 4

Tabla 14-2 Estimación de potencia útil

El CP2 se encargará de proporcionar la mitad de la potencia del alumbrado de urbanización y la mitad de la

potencia demandada por la maquinaría. Lo mismo ocurrirá con el CP3. Esto se realiza para a conseguir mayor

flexibilidad de la red y evitar que un fallo en un cuadro parcial deje sin funcionamiento o sin iluminación a la

planta por completo.

A continuación, se detallan las cargas asociadas a cada cuadro parcial y sus respectivas potencias.


CP1 Alumbrado almacén (C1) 496 kW

Aire centro de control (C2) 59 kW

Aire oficinas (C3) 118 kW

Alumbrado urbanización (C4) 177 kW

Alumbrado edificios (C5) 4 kW

CP2 Bombeo protección contra incendios (C6) 210 kW

Aire nave equipos de generación (C7) 60 kW

Alumbrado urbanización (C8) 177 kW

Maquinaría (C9) 500 kW

CP3 Maquinaría (C10) 500 kW

Trituradoras (C11) 900 kW

CPBC Bateria de condensadores (C12) 2x 600 kvar

Tabla 14-3 Cargas de los cuadros parciales y potencias demandadas

Para calcular las secciones de los cables recurrimos a la ITC-BT-19. Atendiendo a un criterio de calentamiento

térmico, se dimensionarán en función de la intensidad máxima admisible. Según esta intensidad, seleccionamos

la sección de los cables de cobre unipolares a través de las tablas contenidas en la norma UNE 20.460-5-523 y

su anexo.

Por otro lado, comprabaremos su validez, mediante un criterio de caída de tensión. Según la ITC-BT-19, para

instalaciones industriales que se alimenten directamente en alta tensión mediante un transformador de

distribución propio, como es nuestro caso, la caída de tensión máxima admisible será de 4,5 % para alumbrado y

del 6,5 % para los demás usos.

Las tablas adjuntas resumen los cálculos realizados para las conexiones mas relevantes. Las derivaciones

restantes serán objeto de estudio de la ingenieriá de detalle de la planta de biomasa.

Conexiones S (kVA) P (kW) Q (kVar) Tipo y tensión Cu (56) cos fi In (A)

CT- CGBT 2500 III N T 420 Cu 0,8 3440,68

CT- CGBT 2500 III N T 420 Cu 0,8 3440,68

CGBT- CP1 854 III N T 420 Cu 0,8 1469,17

CGBT- CP2 947 III N T 420 Cu 0,8 1629,16

CGBT- CP3 1400 III N T 420 Cu 0,8 2408,48

CGBT- CPBC 600 III N T 420 Cu 0,6 1926,78

Tabla 14-4 Cálculo de las intensidades nominales

88

Conexiones Sección

(mm)

I max Coeficiente

reducción

Número de

cables por

fases

Longitud

(m)

Caida

tensión

(%)

CT- CGBT 240 550 0,7 9 10 0,0937

CT- CGBT 240 550 0,7 9 10 0,0937

CGBT- CP1 240 550 0,7 4 270 2,4314

CGBT- CP2 240 550 0,7 6 90 0,5991

CGBT- CP3 240 550 0,7 8 606 4,4731

CGBT- CPBC 240 550 0,7 5 10 0,2530

Tabla 14-5 Secciones y caída de tensión en las principales conexiones de la línea de baja tensión

Cada una de las conexiones contará con un interruptor automático de 4 polos regulado en función de la

intensidad máxima, y un interruptor diferencial para las pequeñas derivaciones de intensidad por fallos de

aislamiento y pequeños defectos. Los interruptores diferenciales se regularán en tiempo y sensibilidad.

El esquema unifilar se ilustra en la siguiente figura:

Figura 14-6 Esquema unifilar cuadro general y cuadros principales


14.2 Red eléctrica de evacuación

La red de evacuación eléctrica se utilizará para comunicar la potencia obtenida en el proceso de combustión

desde el generador hasta la subestación mas cercana, para su distribución en la red pública.

Para ello, contaremos con una subestación privada elevadora 12/66 kV que elevará la tension generada por la

planta de biomasa a 66kV para su conexión mediante una línea de evacuación a la subestación de Mérida,

situada en un radio de 7 km de nuestra parcela. Cederemos parte del terreno de la planta de biomasa para la

contrucción de la subestación privada por parte de la compañia electrica.

La subestación será exterior convencional y se localizará en un parque intempérie situado en las proximidades

de la nave de equipos de generación y del límite oeste de la parcela.

14.2.1 Elementos de la subestación elevadora

Las conexiónes a la salida del generador se dirigirán a un edificio de control ubicado en la subestación

elevadora. En el edificio ubicaremos: un cuadro de protecciones, un transformador de corriente, un cuadro de

servicios auxiliaries y las celdas de media tensión que acometerán al trasformador elevador situado a la

intempérie.

Las celdas serán secciones verticales y metálicas, en ella ubicaremos los equipos de maniobra, medida de

transformadores de corriente y tension, equipos de protección y control. Cumpliran la función de recibir y

distribuir la energía eléctrica desde el generador hacia la subestación intempérie.

Las celdas de media tension se compondran principalmente de: una celda de entrada, una celda de medida y una

celda de salida hacia el transformador. Cada una de ellas irá equipada con un seccionador y con interruptores

automáticos con la misma finalidad con la que se utilizarán en el centro de transformación de MT/BT.

Mediante canaletas, canalizaremos el cableado a la salida del edificio de control hasta la zona intemperie donde

podemos distinguir 3 zonas: posicion transformador, barras transversales, y posición línea.

En la posicion transformador, el elemento principal seré el transformador de potencia. Se colocará en bancadas

equipadas con depósitos de recogida de aceite. Estará constituido por muretes de hormigón armado sobre solera

del mismo material. La capacidad del depósito de aceite corresponderá con el volume de dieléctrico del

transformador, mayorado en prevision de entrada de agua. Además contaremos con un transformador de

intensidad e interruptores automáticos. Se colocarán autoválvulas junto al transformador de potencia para

desviar a tierra las posibles descargas. Protegerán de sobretensiones que tengas su origen en maniobras o en

rayos. En función de la tension, la Resistencia será mayor o menor variando el valor de la corriente que se

derivará a tierra. En condiciones normales, esa intensidad será despreciable.

Las barras transversales se constituirán por 3 cables de alambres trenzados en forma helicoidal de cobre

reforzado con acero para elevar su resistencia mecánica.

Finalmente, la posición de línea se compondrá de: un pórtico de salida o evacuación, un transformador de

tension e intensidad, seccionadores, e interruptores automáticos. El portico de salida situará uno de sus apoyos

en el exterior de la parcela.

La línea de salida transportará una potencia de 20 MWe a un voltaje de 66 kV; por tanto, su intensidad nominal

será de: 218,69 A. Seleccionamos un cableado por el lado de la seguridad y sobredimensionado con una

capacidad de 400 A; concretamente será LA180.

14.2.2 Tareas urbanísticas de la subestación

Desde el punto de vista urbanístico, la subestación contará con viales interioes de firme rígido sobre base de

zahorra compactada cumpliendo con las dimensiones mínimas exigidas en la MIE-RAT 12. La superficie en la

que hubicaremos los equipos y aparamenta tendrá un espesor de grava superficial de 0,15 m. Por otro lado, se

prevee un cierre perimetral de la subestación mediantes una valla de 2,5 m de altura.

La explanación del terreno se prevee con una ligera pendiente no inferior a 0,5% hacia colectores situados en

zanjas de grava. Los colectores evacuarán las aguas hacia una arqueta general de deságüe que se conectará con

la red de saneamiento de la zona.

La cimentación de la aparamenta y porticos de intemperie se constituirá por zapatas aisladas de 80x80 cm.

90

14.2.3 Critérios de diseño según la normativa

Según lo indicado en la MIE-RAT-12, las distancias mínimas fase-tierra y entre fases en 12 y 66 kV, son de 12 y

63 cm respectivamente.

Así mismo y de acuerdo a la norma indicada, los niveles de aislamiento mínimos serán:

• Un= 12 kV

- Tension mas elevada para el material: 12 kV

- Tensión nominal soportada a los impulsos tipo rayos: 75 kV

- Tensión nominal soportada de corta duración a frecuencia industrial: 28 kV

- Distancia minima fase – tierra en el aire: 12 cm

• Un= 66 kV

- Tensión más elevada para el material: 72,5 kV

- Tensión nominal soportada a los impulsos tipo rayos: 325 kV

- Tension nominal soportada de corta duración a frecuencia industrial: 140 kV

- Distancia minima fase – tierra en el aire: 63 cm

• Las distancias mínimas según la normativa son:

- Pasillos de maniobra con elementos de tension a ambos lados: 1,20 m

- Pasillos de inspección con elementos de tension a ambos lados: 1,00 m

- Altura de los elementos de tension en lado de MT: 2,56 m

- Altura de los elementos de tension en lado de AT: 3,13 m

- Altura soporte puesto a tierra: 2,30 m

- Distancia minima a cerramiento métalico: 2,13 m

14.2.4 Conexión a tierra

Se colocará una malla metálica compuesta por electrodos de cobre de 70 mm2 a una profundidad de 1,3 m bajo

el terreno con una resistencia de 0,92 ohm. Cubrirá la superficie de la subestación intempérie y se distanciará a 1

m de distancia de la valla perimetral de 2,5 m de altura. Los conductores se localizarán a una distancia de 4 m.


15 BIBLIOGRAFÍA

15.1 Consulta de páginas web

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Límite de emisiones de gases

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Protocolo Kioto

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https://www.energy.siemens.com/co/pool/hq/power-generation/steam-turbines/downloads/E50001-W410-A101-V3-7800_ST%20Broschuere_SP_LR.pdf

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Protección contra incendios

https://en.wikipedia.org/wiki/Firefighting_foam

http://foamfatale.com/storage-tank-fire-extinguishing/

https://www.chemguard.com/fire-suppression/catalog/Engineered-Systems/Foam-Concentrate-Storage-

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http://incendiosyseguridad.com/seccion-1.0.0/SCI-1.2.1.0.html

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https://www.solerpalau.com/es-es/blog/normativa-atex/

http://www.atmosferasexplosivas.com/index.php/clasificacion-de-zonas-atex

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INCENDIOS.pdf

Mapa red eléctrica en Merida

https://www.google.es/maps/search/mapa+red+electrica+en+merida/@38.8267569,-

6.4085194,10560m/data=!3m1!1e3

http://www.ree.es/es/actividades/gestor-de-la-red-y-transportista/mapas-de-la-red

http://www.ree.es/sites/default/files/01_ACTIVIDADES/Documentos/Mapas-de-

red/mapa_transporte_iberico_2018.pdf

http://www.ree.es/sites/default/files/01_ACTIVIDADES/Documentos/planificacion/extremadura_v4.pdf

http://www.ree.es/sites/default/files/01_ACTIVIDADES/Documentos/Mapas-de-red/25_2018.pdf

15.2 Consulta de Libros

Centrales Termoeléctricas de Biomasa. Volumen 1. Santiago García Garrido

Centrales Termoeléctricas de Biomasa Volumen 2. Santiago García Garrido

Manual de Instalaciones Eléctrica. Diego Carmona Fernandes

Apuntes de la asignatura de Instalaciones Industriales. ETSI. Universidad de Sevilla

Apuntes de la asignatura de Construcciónes Industriales. ETSI. Universidad de Sevilla

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https://www.google.es/maps/search/mapa+red+electrica+en+merida/@38.8267569,-6.4085194,10560m/data=!3m1!1e3

https://www.google.es/maps/search/mapa+red+electrica+en+merida/@38.8267569,-6.4085194,10560m/data=!3m1!1e3

http://www.ree.es/es/actividades/gestor-de-la-red-y-transportista/mapas-de-la-red

http://www.ree.es/sites/default/files/01_ACTIVIDADES/Documentos/Mapas-de-red/mapa_transporte_iberico_2018.pdf

http://www.ree.es/sites/default/files/01_ACTIVIDADES/Documentos/Mapas-de-red/mapa_transporte_iberico_2018.pdf

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http://www.ree.es/sites/default/files/01_ACTIVIDADES/Documentos/Mapas-de-red/25_2018.pdf

PLANOS

Plano 00. Vista satélite de la parcela seleccionada en Mérida

Plano 01. Medidas de la parcela seleccionada y medidas de retranqueo

Plano 02. Medida del terreno utilizado para la planta de biomasa

Plano 03. Ubicación de los elementos que componen la planta de biomasa

Plano 04. Red de hidrantes exteriores para la protección contra incendios

Plano 05. Red de rociadores automáticos y red de espuma para la protección contra incendios

Plano 06. Red de evacuación de aguas pluviales contaminadas y agua de procesos

Plano 07. Red de evacuación de aguas pluviales no contaminadas. Distribución de los imbornales a lo

largo de los viales

4321

A

B

C

D

E

F

1 2 3 4

F

E

D

C

B

A

PROYECTO INGENIERÍA BÁSICA PARA LA IMPLANTACIÓN DE UNA CENTRALTERMOELÉCTRICA DE BIOMASA DE 20 MW

PLANO:00

ESC: 1:4500

VISTA SATÉLITE DE LA PARCELA SELECCIONADA EN MÉRIDA

SEPTIEMBRE 2018Fecha

SEPTIEMBRE 2018Fecha

PROYECTO FIN DE GRADO INGENIERÍADE TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES

4321

A

B

C

D

E

F

1 2 3 4

F

E

D

C

B

A


PLANO:01

ESC 1:5400SEPTIEMBRE 2018Fecha


193 m

24 m

300 m

295 m

150 m

R

1

1

0

m

R

3

0

m

R

3

0

m

R

1

7

m

576

,6

m

59

4 m

25 m

5 m

29 hectáreas

MEDIDAS DE LA PARCELA SELECCIONADA Y MEDIDASDE RETRANQUEO

4321

A

B

C

D

E

F

1 2 3 4

F

E

D

C

B

A


PLANO:02



287,4 m

5 m

419,9 m

193 m

24 m

295 m 25 m

300

m

443,9 m

R

1

1

0

m

R

3

0

m

R

1

7

m

R

3

0

m

25 hectáreas

MEDIDA DEL TERRENO UTILIZADO PARA LA PLANTADE BIOMASA

4321

A

B

C

D

E

F

1 2 3 4

F

E

D

C

B

A


PLANO:03



(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(7)

(6)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

C

B

A

(1) Básculas

(2) Zona de muestro

(3) zona almacenamiento intemperie 1

(4) zona almacenamiento intemperie 2

(5) Básculas

(6) Zona planta de trituración

(7) Trituradoras

(8) Tolva pulmón para productos de la

trituradora

(9) Silo horizontal

(10) Nave de fardos

(11) Tolvas subterráneas

(12) Nave productos triturados

(13) Tolva pulmón productos sin cribar

(14) Criba

(15) Tolva pulmón productos cribados

(16) silos caldera

(17) Depósito de Nitrogeno

(18) Sistema de dosificación de

espumógeno

(19) Sistema de bombeo PCI

(20) Depósito de reserva de agua PCI

(21) Caldera

(22) Nave equipos generación

(23) Torre refrigeración

(24) Centro transformación y subestación

elevadora

(25) Oficinas

(26) Centro de control

(27) Parking

A. Acceso bomberos y emergencia

B. Acceso camiones con productos

pretriturados, cizallados y fardos

C. Acceso camiones con productos

triturados

D. Acceso a oficinas y centro de control

UBICACIÓN DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN LAPLANTA DE BIOMASA

4321

A

B

C

D

E

F

1 2 3 4

F

E

D

C

B

A


PLANO:04



Leyenda

Red de hidrantes exteriores

Hidrantes

RED DE HIDRANTES EXTERIORES PARA LAPROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS

4321

A

B

C

D

E

F

1 2 3 4

F

E

D

C

B

A


PLANO:05



Leyenda

Red de Espuma PCI

Red de rociadores automáticos con las ramificaciones

asociadas a las áreas más desfavorables

RED DE ROCIADORES AUTOMÁTICOS Y RED DEESPUMA PARA LA PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS

4321

A

B

C

D

E

F

1 2 3 4

F

E

D

C

B

A


PLANO:06



Leyenda

Red de aguas pluviales contaminadas

Red de evacuación agua de procesos

Pozo

Imbornal

Arqueta de desbaste

Arqueta de evacuación pluviales desbastadas y

neutralización agua proceso

RED DE EVACUACIÓN DE AGUAS PLUVIALESCONTAMINADAS Y AGUA DE PROCESOS

4321

A

B

C

D

E

F

1 2 3 4

F

E

D

C

B

A


PLANO:07



Leyenda

Conducción principal evacuación aguas pluviales no contaminadas

Conducciones de evacuación derivadas de los edificios

Imbornales

Pozos

RED DE EVACUACIÓN DE AGUAS PLUVIALES NOCONTAMINADAS. DISTRIBUCIÓN DE LOS IMBORNALES

Y POZOS A LO LARGO DE LOS VIALES

PRESUPUESTO.MEDICIONES

MOVIMIENTO DE TIERRAS Y URBANIZACIÓN

Precio unitario

(€)

Medición Precio

(€)

m2 Desbroce del terreno sin clasificar

0,78 250.000,00 195.000,00

m3 Excavación caja ensanche h>0,5 m 2,55 120.000,00 306.000,00

m2 Excavación en zanja en tierra, incluso carga y

transporte de los productos de la excavación a

vertedero o lugar de empleo

0,15 250.000,00 37.500,00

m3 Excavación en arquetas y zanjas, carga y retirada

de material sobrante a vertedero

4,69 11.580,86 54.314,23

m2 Firmes rígidos constituidos por soleras de

hormigón con armadura de mallazo doble capa

HA25 cm espesor B500T fi 8 mm 15x15 cm.

38,36 16.480,00 632.172,80

m2 Firmes flexibles constituidos por 25 cm suelo

cemento y mezcla bituminosa D10 S10 5 cm

espesor, riegos imprimación adherencia. PG3

15,52 8.520,00 132.230,40

ml Cerramiento de fachada con zócalo-riostra-muro

de 20 cm de espesor y 1m de altura vista, de HA

completado con cerramiento hasta 3 m de altura

de tubos D50 mm de AcG y mallazo simple

torsión del mismo material incluso alambres y

herrajes para tensar. Puerta corredera Ac pintado

con zócalo y barras sobre guía empotrada en el

suelo, para vehículos pesados de 10 metros de

anchura, con portero automático y cámara domo.

209,82 3.600,00 755.352,00

m2 Plantación de especies autóctonas 10 127.598,28 1.275.982,80

INSTALACIONES DE PROCESO E INSTALACIONES

AUXILIARES MECANICAS.

precio

unitario

(€)

Módulos Precio

(€)

unidad Cinta transportadora 10 m (Elevación de material) 10.000,00 7,00 70.000,00

unidad Cinta transportadora móvil 15 m x 0,50 15.000,00 73,00 1.095.000,00

unidad Cinta transportadora móvil 8m x 0,50 8.000,00 15,00 120.000,00

TOTAL: 3.388.552,23 €

TOTAL: 1.285.000,00 €

ELEMENTOS DE SANEAMIENTO UTILIZADOS EN LA PLANTA DE BIOMASA

Precio

unitario

(€)

U07AHJ106 unidad Arqueta prefabricada abierta de hormigón en masa con refuerzo de

zuncho perimetral en la parte superior de 40x40x40 cm. Medidas

interiores, completa: con reja y marco de hormigón y formación de

agujeros para conexiones de tubos. Colocada sobre solera de hormigón en

masa HM-20/P/40/I de 10 cm de espesor y de medios auxiliares, sin

incluir la excavación ni el relleno perimetral posterior

65,82

U07AHJ116 unidad Arqueta prefabricada abierta de hormigón en masa con refuerzo de

zuncho perimetral en la parte superior de 60x60x60 cm. Medidas

interiores, completa: con reja y marco de hormigón y formación de

agujeros para conexiones de tubos. Colocada sobre solera de hormigón en

masa HM-20/P/40/I de 10 cm de espesor y medios auxiliares, sin incluir

la excavación ni el relleno perimetral posterior.

124,13

U07EIP060 unidad Imbornal de hormigón prefabricado de 50x50 cm y 50 cm de

profundidad, realizado sobre solera de hormigón en masa H-100 kg/cm2

Tmax 20 de 15 cm de espesor y rejilla de fundición abatible y antirrobo,

con marco de fundición, enrasada al pavimento, terminado, sin incluir la

excavación n el relleno perimetral. Recibido a tubo de saneamiento.

142,15

U070EP410 m Colector de saneamiento enterrado de PVC de pared corrugada doble

color gris y rigidez 4 kN/m2 con un diámetro de 200 mm y con unión por

junta elástica. Colocado en zanja, sobre una cama de arena de río de 10

cm. Debidamente compactada y nivelada, relleno lateralmente y

superiormente hasta 10 cm por encima de la generatriz con la misma

arena; compactando ésta hasta los riñones.

17,92

U070EP400 m Colector de saneamiento enterrado de PVC de pared corrugada doble,

color gris y rigidez 4 kN/m2; con un diámetro 160 mm y con unión por

junta elástica. Colocado en zanja, sobre una cama de arena de río de 10

cm. Debidamente compactada y nivelada, relleno lateral y superiormente

hasta 10 cm por encima de la generatriz con la misma arena;

compactando ésta hasta los riñones.

12,94

U07ZHC030 unidad Pozo de captación de agua de 100 cm de diámetro interior y de 4 m de

profundidad construido con anillos prefabricados de hormigón en masa,

de borde machihembrado y perforados para permitir el paso de agua,

apoyados en una solera de hormigón en masa HM-20/P/20/I, rejuntados

con mortero de cemento M-10, cono superior para formación de brocal de

pozo y cierre con cerco y tapa de fundición, termado y sin incluir la

excavación ni el relleno perimetral posterior.

487,85

P17JU030 m Bajante para pluviales, redonda de fundición 125 mm

38,24

P17NP010 m Canalón PVC redondo D=125 mm gris

3,61


7,5


14,7

PO2THA450 m Tubo hormigón armado junta machihembrada D=1000 mm 262,97

PO2THA460 m Tubo hormigón armado junta machihembrada D=1200 mm

323,75

PO2THA470 m Tubo hormigón armado junta machihembrada D=1500 mm

424,71

U14IGA010 unidad Indicador de pH en línea de entrada de balsa de decantación y compuesto

por electrono combinado de pH, un compensador de temperatura, un

portaelectrodos de polipropileno, un indicado-transmisor de pH,

totalmente instalado

1.506,19

U14IGS030 unidad Pozo de desbaste construido con resinas de poliéster estrátil, de 150 cm

de diámetro, 100 cm de altura y 4 mm de espesor de pared incluso tapa de

fibra de vidrio, instalado (sin incluir la excavación necesaria)

931,27

unidad Tanque de neutralización de altura 6 m, sección circular y diámetro 6 m.

Capacidad: 152, 68 m3/h teniendo en cuenta un 90 % de ocupación

920

unidad Arqueta de ladrillo para el vertido de las aguas pluviales. Equipada con

un muro interior rebosadero de menor altura

1200

1. PRESUPUESTO EVACUACIÓN AGUAS PLUVIALES CONTAMINADAS 550.670,06 €

2. PRESUPUESTO EVACUACIÓN AGUAS DE PROCESOS 5.653,46 €

3. PRESUPUESTO EVACUACIÓN AGUAS PLUVIALES NO CONTAMINADAS 1.746.087,93 €

Nota: Presupuesto evacuación aguas pluviales no contaminadas incluye: la red de

evacuación principal, imbornales de los viales y pozos. Los canalones, bajantes y arquetas

se tendrán en cuenta en cada uno de los edificios

Nota: La evacuación de aguas residuales se contabilizan en el edificio de oficinas

TOTAL: 2.302.411,45€

RED ELÉCTRICA

Precio

unitario

(€)

Medición

Precio

(€)

Subestación elevadora 2.000.000,00

Centro de transformación 199.260,00

Obra civil incluye: Forjado sanitario,

cerramiento exterior de ladrillo 40x20x20 con

enfoscado interior y exterior zapatas aisladas

HA-30, pilares de hormigón 30x30 y 3 m de

altura, cubierta tipo sándwich de 20 cm de

espesor, puertas, y rejillas en forma de "V"

invertida en forma de lamas

96.000,00 1,00 96.000,00

unidad Transformador baño de aceite 2500 kVA

20000/420 V

20.000,00 2,00 40.000,00

P15BB040 unidad Celda de medida 3 TI + 3 TT

4.750,00 1,00 4.750,00

P15BB010 unidad Celda de línea E/S

2.180,00 2,00 4.360,00

P15BB038 unidad Celda de protección. Interruptor automático

12.196,00 3,00 36.588,00

P15FN100 unidad Seccionadores protección salida BT

2.100,00 2,00 4.200,00

unidad Equipo de medida

9.000,00 1,00 9.000,00

Conexión a tierra

P15EA010 unidad Picas

13,00 12,00 156,00

P15EC010 unidad Registro de comprobación + tapa

16,00 3,00 48,00

P15EC020 unidad Puente de prueba

554,00 3,00 1.662,00

P15EB030 m Conductor cobre desnudo 70 mm2 24,00 104,00 2.496,00

Sala de baja tensión 296.000,00

TOTAL: 2.495.260,00€

ELEMENTOS PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS

Precio

unitario (€)

Medición Precio (€)

unidad Acometida. Suministro e instalación de la acometida para

abastecimiento de agua contra incendios, que une la red

general de distribución de agua potable o la red general de

distribución de agua contra incendios de la empresa

suministradora con la instalación de protección contra

incendios, formada por tubería de acero galvanizado, de 1

1/2 '' DN 40 mm de diámetro colocada sobre lecho de

arena de 15 cm de espesor, en el fondo de la zanja

previamente excavada, debidamente compactada y

nivelada con pisón vibrante de guiado manual, relleno

lateral compactando hasta los riñones y posterior relleno

con la misma arena hasta 10 cm por encima de la

generatriz superior de la tubería. Incluso armario

homologado por la Compañía Suministradora para su

colocación en la fachada, válvula de compuerta de

fundición con pletina, machón rosca, piezas especiales y

brida ciega.

511,1 1 511,1

unidad Depósito reserva de agua para la protección contra

incendios de 1080 m3 de capacidad, fabricado in situ,

vertical y cilíndrico de acero. Válvula flotador para

conectar con la acometida, interruptores de nivel, válvula

de bola para vaciado y válvula de corte de mariposa que

conectará con el grupo de presión.

120.000 1 120000

unidad Grupo de presión

80.000 1 80000

unidad Puesto de control formado por válvula de retención y

alarmad de hierro fundido, cámara de retardo de

fundición, para sistema de tubería mojada. Incluso alarma

hidráulica con motor de agua y gong, accesorios y piezas

especiales para conexión a la red de distribución de agua

2.719,56

unidad Hidrante 70 70 100 con monitor y armario de manguera y

lanzas. Incluyendo la obra civil necesaria

800 46 36800

unidad Rociador 1/2'' FM-UL colgante bronce

4,22

unidad Rociador 1/2'' FM-UL montante bronce

4,22

ml Conducciones de acero galvanizado de D250 mm o más

para la instalación de hidrantes exteriores. Incluyendo:

tubería, piezas especiales y valvulería

650

ml Conducciones de acero galvanizado de D250 mm o más

para la instalación de rociadores automáticos. Incluyendo:

tubería, piezas especiales y valvulería

650

SISTEMAS AUXILIARES

Extintores

6.000,00

Señalización

6.000,00

Sistema de detección de incendios

60.000,00

SISTEMA DE ESPUMA --> AUMENTA UN 40 % EL PRECIO TOTAL DE LA INSTALACION DE ROCIADORES PCI

unidad Sistema de dosificación de espumógeno

unidad Espumógeno

unidad Cámaras de espuma

1. TOTAL (red exterior a edificios + sistema bombeo + depósito + acometida + sistemas auxiliares) 644.831,10 €

2. TOTAL (red exterior a edificios + sistema bombeo + depósito + acometida + red de espuma) 902.763,54 €

3. TOTAL Red de hidrantes exteriores 2.035.680,00 €

TOTAL: 2.938.443,54 €

PRESUPUESTO DE CADA EDIFICIO INDUSTRIAL Y EDIFICIO DE OBRA CIVIL MENOR

INCLUIMOS:

OBRA CIVIL

Excavación y rellenos en cimentaciones, vaciados, saneamiento.

Cimentaciones zapatas y riostras

Estructuras, pilares, vigas, correas, forjados (acero u hormigón)

Soleras Y forjado sanitario

Cubiertas, canalones, bajantes

Cerramientos, huecos, marcos y dinteles

Carpinterías de puertas y ventanas

Albañilería distribución

Revestimientos y aislamientos, falsos techos, pladur, alicatados, solados, pinturas, venecianas

INSTALACIÓN DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS

Conducciones de acero galvanizado de D250 mm o más incluyendo tubería, piezas especiales de conexión y

valvulería.

Puesto de control

Colectores y ramales de distribución

Rociadores automáticos

By pass

INSTALACIONES ELECTRICAS FUERZA ALUMBRADO VOZ Y DATOS

INSTALACIÓN DE EVACUACIÓN DE AGUAS PLUVIALES Y RESIDUALES

Canalones

P17NP010

P17NP020

P17NP030

Bajantes

P17JU030

Arquetas a pie de bajante

U07AHJ106

Colectores

U070EP410

U070EP400

Residuales

PO2THA450

INSTALACIONES DI, CCTV, CONTROL DE ACCESOS

NAVE DE FARDOS 6.300 m2

Obra civil 3.150.000,00

Instalación de protección contra incendios 189.000,00

Instalaciones eléctricas fuerza alumbrado voz y datos 522.023,30

Instalación de evacuación de aguas pluviales y residuales 141.155,35

Instalaciones DI, CCTV, control de accesos 174.007,77 4.176.186,42

NAVE DE PRODUCTOS TRITURADOS 15.960 m2

Obra civil 7.980.000,00





SILO HORIZONTAL 2.264 m2

Obra civil 1.132.000,00



Instalación de evacuación de aguas pluviales y residuales 81.005,41 1.319.353,17

EDIFICIO CALDERA 1.350 m2

Obra civil 675.000,00



Instalación de evacuación de aguas pluviales y residuales 48.592,87 787.015,66

NAVE EQUIPOS DE GENERACIÓN 1.856 m2

Obra civil 928.000,00





EDIFICIO DE OFICINAS 512 m2 332.800,00

EDIFICIO DE CONTROL 256 m2 147.200,00

EDIFICIO TORRES DE REFRIGERACIÓN 400 m2 200.000,00

EDIFICIO CONTROL DE ACCESOS 50 m2 27.500,00

EDIFICIO TOMA DE MUESTRAS 50 m2 27.500

TOTAL: 17.913.050 €

OTROS Precio (€)

Silos pulmón de caldera 3.092.552,39

Básculas 24.000,00

Trituradoras 4.000.000,00

Criba 2.000,00

Tolvas 447.000,00

Caldera+ Turbina + generador 23.000.000,00

TOTAL: 30.565.552,39 €

PRESUPUESTO TOTAL PLANTA DE BIOMASA 20 MW 60.888.269,61 €

ingeniería básica para la implantación de una central...

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