Simulación de un secador de madera con bomba de calor energizado por una planta híbrida de ERNC para maderas duras de secado lento.

Abstract

Este estudio consiste en evaluar por simulación, el desempeño de un secador de madera nativa con bomba de calor alimentada por una planta híbrida en base a paneles fotovoltaicos, turbina eólica, banco de baterías y celda de combustible. La capacidad del secador de madera es de 3 m3 . El método de secado más utilizado en Chile es el que usa calderas a vapor (INFOR, 1999). Estos secadores, debido a su alta inversión inicial, sólo son rentables en cámaras de una capacidad de 16 m3 y más, y para secado de maderas de secado rápido como el pino radiata. Teniendo en cuenta estos antecedentes, a los pequeños productores (menos de 16 m3 de madera al mes) sólo les queda como alternativa secar de forma natural, lo que implica tiempos de secado 4 a 5 veces más lento o simplemente producir madera aserrada húmeda que tiene aproximadamente un 50% menos valor que la madera seca. Esto abre la posibilidad de desarrollo de un secador de madera nativa rentable para los pequeños productores, que aumente su producción y pueda trabajar con autonomía energética. El secador de madera propuesto logra deshumectar roble patagónico desde un 102% a un 12% de contenido de humedad en 30 días utilizando una bomba de calor en el proceso. Para 3 m3 de madera el secador tiene un consumo de energía promedio de 1.754 kWh lo que implica un consumo eléctrico unitario de 585 kWh/m3 de roble. Para abastecer la demanda energética se propone utilizar una planta híbrida compuesta de 46 paneles fotovoltaicos de 175 W, 1 turbina eólica de 10 kW, 11 baterías de litio de 100Ah y una celda de combustible de 4 kW como unidad de apoyo. De acuerdo con la simulación realizada, esta logra satisfacer en verano hasta un 97% de la demanda energética mediante energía solar, eólica y baterías y un 3% mediante la celda de combustible, mientras que, en invierno logra satisfacer un 70% de la demanda energética utilizando energía solar, eólica y baterías y un 30% utilizando la celda de combustible. Es estrictamente necesario utilizar una unidad de apoyo, ya que los peaks que se generan no coinciden con una carga lo suficientemente baja en las baterías para poder almacenar esa energía, por lo que aumentar el tamaño del banco de baterías y la planta fotovoltaica después de un cierto rango, sólo implicaría aumentar los excedentes que con la solución actual promedian los 669 kWh. Desde el punto de vista económico se demuestra que la solución es rentable para una planta ubicada en Concepción, alcanzando para una evaluación económica a 25 años un VAN de $93.223.867 con una tasa interna de retorno (TIR) de un 22% y un payback de 8 años con 0 emisiones de CO2. Finalmente se logra comprobar y proponer una solución energéticamente autosuficiente y viable desde el punto de vista técnico-económico para secar maderas duras a pequeña escala pensando en los pequeños productores.