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UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOTECNOLOGÍA

EVALUACIÓN TÉCNICO ECONÓMICA DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO MEDIANTE ELECTRÓLISIS DE AGUA UTILIZANDO ENERGÍA ELÉCTRICA PRODUCIDA CON CELDAS FOTOVOLTAICAS DE ALTA EFICIENCIA

MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL QUÍMICO

DANIEL ALEJANDRO PINEDA ERICEPROFESOR GUÍA: JOSÉ HERNÁNDEZ PAVEZ MIEMBROS DE LA COMISIÓN: LEANDRO HERRERA ZEPPELIN FRANCISCO GRACIA CAROCA

SANTIAGO DE CHILE MARZO 2009

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RESUMEN El objetivo de esta memoria de título es estudiar la prefactibilidad técnica y económica de una planta de producción de hidrógeno a través de electrólisis de agua. Para esto se estudió la integración de energía solar al sistema deelectrolizadores, los cuales proveen de la energía eléctrica necesaria para llevar a cabo el proceso. El estudio se llevó a cabo mediante la realización de la ingeniería conceptual del proceso de electrolisis de agua que comprende: selección del sistema más conveniente de electrólisis de agua, desarrollo de los diagramas de flujos, balances de masa y energía, dimensionamiento de unidades de proceso y unidadesauxiliares, estimación de obras civiles, hidráulicas, eléctricas y de control, estimación de los costos de inversión y operación. Como proceso alternativo se estudió la utilización de una planta de reformado de gas natural, que es una tecnología madura para la producción de hidrógeno, con lo cual se desarrolló el balance de masa destinado a ajustar los costos del proceso y el tamaño de lainversión la cual fue obtenida de una cotización realizada a la empresa Axsia Howmar durante el año 2002. Con los costos asociados a ambos procesos se llevó a cabo una evaluación económica de ambas alternativas, al contrastar ambas tecnologías, evaluando indicadores económicos como el VAN y TIR, es posible decidir la factibilidad económica del proceso de electrolisis de agua con integración de energíasolar. La evaluación fue realizada para una producción de 13.773 Toneladas anuales de hidrógeno, la cual fue establecida para satisfacer los requerimientos de una planta de amoniaco destinada a la producción de 360.000 toneladas anuales de nitrato de amonio. El emplazamiento seleccionado es la ciudad de Calama debido a las excelentes condiciones de radiación solar de este lugar. Los resultadosobtenidos arrojaron un área necesaria de paneles solares equivalente a 67 ha. constituyendo esta inversión, una de las variables principales en la rentabilidad del proceso. El análisis económico, evaluado en un horizonte de tiempo de 20 años con una taza de descuento del 9 %, arrojó que el proyecto es factible generando un VAN de US$ 513.357.614 frente a US$ 122.351.056 de la planta de reformado, noobstante esta última, debido a los bajos costos de inversión posee una TIR superior, evaluada en 72,5 % frente al 69,5 % de rentabilidad generada en la planta de electrolisis de agua. Los resultados encontrados hacen recomendable estudiar con mayor profundidad la utilización de energía solar fotovoltaica pala producción electrolítica de hidrógeno.

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¡Cuan grande riqueza es, aun entre lospobres, el ser hijo de un buen padre! Con amor, a mis padres

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Agradecimientos Estos seis años de universidad han traído consigo una gran cantidad de experiencias en el ámbito académico y personal, junto con ello los desafíos adoptados constituyeron el escenario de un sin fin de momentos de estudio y esparcimiento. Las personas con las que compartí durante estos años me ayudaron a construir elcamino que hoy culmina satisfactoriamente mediante este trabajo. Esta memoria de título no es más que la parte visible de toda esta experiencia universitaria, por tanto quisiera plasmar aquí la importancia que han tenido para mí todas las personas que me han acompañado. Quiero comenzar agradeciendo a mi profesor guía el señor José Hernández quien fue sin duda uno de los responsables de que...