Feasibility study of energy projects to be applied to the water cooling system of a factory in Barcelona following the world class manufacturing methodology

The focus of this work is the application of 3 different technologies to the water cooling system that supplies chilled water to the machines employed in an industrial plant in Barcelona, to cut the electricity consumption or to substitute it with the local renewable generation. Before doing it, an energy diagnosis of the factory is performed, giving more attention to the system in interest. These technologies consist in a photovoltaic installation of 100 kWel, that is the maximum power allowed by the law, an absorption chiller that exploits the waste heat of the air compressors in the plant to generate chilled water and a stratified chilled water tank, adapted from a water deposit already present next to the building for firefighters use, employed to store chilled water in the night time, generated with the already present chillers when the electricity cost is the lowest to utilize it when needed during all the day long. The World Class Manufacturing methodology has been followed as it is common when developing a project in the plant. To study the projects instead, all the knowledge absorbed during the engineering studies of the author has been employed. To design the photovoltaic field a software is utilized. The absorption chiller is modelled with basic thermodynamic principles and with correlations found in the literature. The thermal storage is modelled with transient partial differential equations, solved with a Matlab code. The objective of the work, that consists in respecting a CO2 emission target, is reached. Moreover, the economic analysis shows a possible rentability.

La parte principale di questo lavoro è lo studio di fattibilità di 3 diverse tecnologie, da applicare al sistema di refrigerazione dell’acqua di processo che fornisce acqua refrigerata a delle macchine impiegate in uno stabilimento industriale in provincia di Barcellona, per ridurre il consumo di elettricità o per sostituirlo con la produzione locale da energia rinnovabile. Prima di sviluppare questi 3 progetti, viene eseguita una diagnosi energetica della fabbrica, dando maggiore attenzione al sistema in questione. Queste tecnologie consistono in un impianto fotovoltaico da 100 kWel, ovvero la potenza massima consentita dalla legge, un refrigeratore ad assorbimento che sfrutta il calore di scarto delle presse dell'impianto per generare acqua refrigerata e un accumulo termico stratificato, adattato da un deposito di acqua già presente accanto all'edificio per uso dei vigili del fuoco, impiegato per immagazzinare acqua refrigerata di notte, generata con i refrigeratori elettrici già presenti quando il costo dell'elettricità è il più basso, per scaricarla quando necessario durante il giorno. La metodologia World Class Manufacturing è stata seguita come routine per ogni progetto sviluppato nello stabilimento. Per la parte tecnica, è stata utilizzata tutta la conoscenza assorbita durante i miei studi di ingegneria. Per progettare il campo fotovoltaico è stato utilizzato un software. Il refrigeratore ad assorbimento è studiato con principi termodinamici di base e con correlazioni provenienti dalla letteratura. L’ accumulo termico è modellato con equazioni differenziali alle derivate parziali, risolte con un codice Matlab. L'obiettivo del lavoro, che consiste nel rispettare un indice di emissione di CO2, è raggiunto. Inoltre, l'analisi economica mostra una possibile ritorno economico conveniente.