JORNADA SOBRE PROGRAMAS NACIONALES E INTERNACIONALES DE I+D+I. CONVOCATORIAS CDTI 2016

Ponente: Pilar Icaran Lopez [email protected] Subvencionado por el CDTI y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del “Programa Operativo Plurirregional de Crecimiento Inteligente 2014-2020

OBJETIVO  El proyecto SMART Green Gas investigará durante los próximos cuatro años la valorización energética de residuos y efluentes a través de la obtención de biometano.  Este combustible autóctono y renovable se utilizará en el sector de la automoción o para la inyección en la red de distribución de gas natural.

 Para alcanzar este objetivo, se desarrollarán nuevos sistemas de máxima eficiencia para la producción de biogás y de biometano, así como procedimientos para el refino, control y distribución inteligente de biometano.

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Necesidad del proyecto  Contribuir con una nueva tecnología al suministro autóctono de la demanda de energía con fuentes renovables, atendiendo las prioridades españolas y del espacio europeo (20, 2020)  Apoyo a la Sostenibilidad Energética y Lucha contra el Cambio Climático  Desarrollo de tecnologías que permitan la integración de diferentes fuentes renovables, mediante nuevos vectores de almacenamiento  El fomento de generación de energía autóctona y renovable es uno de los objetivos en la UE (Directiva 2009/28/CE).  Dentro de la reducción de emisiones de GEI se contempla el fomento y uso de biometano (comunicación CE).  El transporte de energía a través de gaseoductos es más eficiente y flexible (almacenamiento de energía) que a través de redes eléctricas.  Incremento en la valorización de residuos  Reducir las emisiones de la flota de 95g CO2/km frente a 147g CO2/km Subvencionado por el CDTI y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del “Programa Operativo Plurirregional de Crecimiento Inteligente 2014-2020

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Como se ha diseñado  El problema se aborda de manera integral y global y por ello se actuará en cuatro niveles de la cadena de valor: o Pre-tratamiento de residuos. o Producción de Biogás con la máxima eficiencia. o Purificación y valorización (“upgrading”) del Biogás para producción de Bio-Metano o Gas Natural Renovable de alta pureza o concentración. o Distribución inteligente mediante monitorización y control remota en tiempo real de todas las fases anteriores y de la inyección a red.

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Ventajas del biometano como biocombustible

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CONVOCATORIA CIEN  Participación relevante de organismos de investigación: se exige que al menos el 15% del total del presupuesto del proyecto aprobado  Duración de los proyectos: la duración mínima será de 36 meses y la máxima de 48 meses  Presupuesto del proyecto: el presupuesto mínimo financiable es de 7.000.000 euros  El presupuesto mínimo financiable por cada empresa será de 350.000 euros  Ningún grupo de empresas vinculadas o asociadas puede superar el 70% del presupuesto financiable del proyecto.  Cada consorcio debe estar constituida por un mínimo de tres y al menos dos de ellas deberán ser autónomas, y al menos una de ellas tendrá consideración de PYME

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Calendario y cifras  Duración: Del 1 de octubre de 2014 al 30 de septiembre de 2018

 Presupuesto Total del consorcio: 8.365.890,00 €

 DETALLES DE LA AYUDA o Ayuda: Programa CIEN (Consorcios de Investigación Empresarial Nacional). o Organismo: Centro de Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI). o Número expediente: IDI-20141342 IDI-20141344 o Modalidad de la ayuda: Préstamo preferencial del 80,7% del presupuesto con un tramo no reembolsable del 30%.

 Financiación recibida o Total: 6.751.273,00 € en forma de préstamo a los diferentes socios del consorcio. o Tramo no reembolsable (Subvención): 2.025.382 € Fondos FEDER Subvencionado por el CDTI y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del “Programa Operativo Plurirregional de Crecimiento Inteligente 2014-2020

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Consorcio  Cifras globales de inversión en el proyecto Hito 1 61.505 € 1.010.390 € 328.760 € 940.050 € 594.907 € 329.143 € 16.000 € 16.000 € - € 240.053 € 13.000 €

Amortización activos Personal Materiales Colaboraciones externas C. Inv. C. Innov. Otras colaboraciones Técnicas No Técnicas Gastos generales Otros gastos TOTAL

2.593.757,92 €

GLOBAL PROYECTO Hito 2 Hito 3 109.407 € 216.668 € 984.986 € 1.072.973 € 375.175 € 412.625 € 862.882 € 734.371 € 471.207 € 372.616 € 323.175 € 251.955 € 68.500 € 109.800 € 68.500 € 109.800 € - € - € 238.284 € 259.359 € 11.500 € 11.500 € 2.582.234,00 €

Total 387.205 € 2.995.623 € 1.101.560 € 2.527.303 € 1.438.730 € 904.273 € 184.300 € 184.300 € - € 722.969 € 34.500 €

8.260.124,00 €

2.707.496,00 €

Financiación recibida Total: 6.751.273,00 € en forma de préstamo a los diferentes socios del consorcio. Tramo no reembolsable (Subvención): 2.025.382 € Fondos FEDER Subvencionado por el CDTI y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del “Programa Operativo Plurirregional de Crecimiento Inteligente 2014-2020

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ACTIVIDADES  Para ello, el proyecto se ha estructurado en tres líneas de trabajo: 1.Desarrollo de sistemas de nueva generación de máxima eficiencia para la producción de biogás.

2. Desarrollo de novedosas técnicas de tratamiento, refino y producción de biometano. 3. Desarrollo de innovadores sistemas para el control y distribución inteligente de biometano sistema distribución inteligente y especializada, SMART GRID GAS. Subvencionado por el CDTI y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del “Programa Operativo Plurirregional de Crecimiento Inteligente 2014-2020

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Actividad I  Optimización de producción de biometano mediante pretratamiento de lodos con acido nitroso (FNA) AQUALIA  Optimización mediante proceso electroquímico para el incremento de producción de biogás e Integración en digestor y ensayos de campo sistema electroquímico integrado  Optimización con sistemas de producción de Biometano mediante la conversión biológica de CO2 en reactores anaerobios de alta presión autogenerada. Investigación proceso de transferencia de H2 a altas presiones y conversión de CO2 en CH4  Optimización mediante Co-Digestión con valorización de nitrógeno y gas a altas temperaturas Subvencionado por el CDTI y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del “Programa Operativo Plurirregional de Crecimiento Inteligente 2014-2020

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Actividad II  Producción de Biometano de alto valor mediante nuevas tecnologías de limpieza y purificación de biogás. Prototipo en construcción en la EDAR de Jerez  Desarrollo de tecnología de purificación mediante membranas de matriz mixta (MMM) y contactores de membrana. o Desarrollo de Nuevas Membranas Híbridas.

 Producción de Biometano de alto valor mediante Hidrogenación catalítica avanzada de CO2  Producción de Biometano de alto valor mediante Enriquecimiento del biogás a través de reacción biológica de H2 y CO2: Metanogénesis.  Integración de tecnologías de depuración e hidrogenación catalítica y análisis de viabilidad y optimización de la Unidad de Valorización Adaptativa

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JORNADA SOBRE PROGRAMAS NACIONALES E INTERNACIONALES DE I+D+I. CONVOCATORIAS CDTI 2016

Ponentes: Inés Conde Buezas - GNFE [email protected]

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Índice 1. Interés para Gas Natural Fenosa 2. Actividades del Proyecto 3. Metodología de trabajo

4. Trabajos futuros

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1.

Interés para Gas Natural Fenosa



El biogás es un combustible ideal para su aprovechamiento energético a todos los niveles, tanto en la industria como en la automoción e incluso en residencias, siempre que presente la calidad requerida



Gas Natural Fenosa empresa gasística, interesada en todos los procesos relacionados con el gas y biogás: producción a partir de distintas fuentes, distribución y comercialización, así como en proyectos de I+D



Gran interés en producción de biogás e inyección a red necesidad de conocer la composición del biometano en continuo.

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2. Actividades del Proyecto 

Actividad 1. Desarrollo De Sistemas De Nueva Generación Y Máxima Eficiencia Para La Producción De Biogás (Planta Integrada Máxima Eficiencia / Pime) (Líder Fcc Aqualia).



Actividad 2. Desarrollo De Técnicas Rupturistas Y Nuevos Sistemas De Depuración Y Valorización Del Biogás (Unidad Valorización Adaptativa / Uva) (Líder Naturgas)



Actividad 3. Desarrollo De Innovadores Sistemas Para El Control Y Distribución Inteligente Y Especializada De Biometano (Sistema Distribución Inteligente Y Especializada / Diez)(Líder Gnfe).

2014

HITO 1 2015

HITO 2 2016

HITO 3 2017

2018

ACTIVIDAD 3 SISTEMA INTELIGENTE DE MEDIDA REMOTA DE LA CALIDAD BIOMETANO A3.1 DURANTE EL PROCESO INTEGRADO DE PRODUCCIÓN SISTEMA DE MONITORIZACIÓN-ACTUACIÓN PARA INYECCIÓN A3.2 ESPECIALIZADA DISEÑO CONCEPTUAL INTEGRADO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN A3.3 INTELIGENTE ESPECIALIZADO-DIEZ

 Líder:

 Socios:

• Gas Natural Fenosa

 OPIs:

• DiagnóstiQA

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• UCM • UVA 15

3. Actividades del Proyecto 2014 ACTIVIDAD 3.1 A3.1.1 A3.1.2 A3.1.2 - A Tarea 1 Tarea 2 Tarea 3 3.1 3.2 3.3 3.4 A3.1.2 - B A3.1.2 - C A3.1.2 - D

HITO 1 2015

HITO 2 2016

HITO 3 2017

2018

SISTEMA INTELIGENTE DE MEDIDA REMOTA DE LA CALIDAD BIOMETANO DURANTE EL PROCESO INTEGRADO DE PRODUCCIÓN INVESTIGACIÓN EN TECNOLOGÍAS Y ESPECIFICACIÓN DE REQUERIMIENTOS Y DEL SISTEMA DESARROLLO DE UN PROTOTIPO Y VALIDACIÓN DE EQUIPOS EN LABORATORIO Desarrollo de sensores y validación en laboratorio Sensores Ópticos: identificación , compra de los equipos y pruebas en laboratorio Sensores para H 2 S, siloxanos, BTX, análsis de Cl, F y microorganismos: Desarrollo de Indicadores Luminiscentes Diseño, síntesis y caracterización de indicadores luminiscentes Inmovilización de los indicadores luminiscentes en películas Ensayo y calibración en laboratorio de los sensores luminiscentes Desarrollo de la unidad optoelectrónica prototipo multisensor Integración de sensores: integración de las medidas de sensores con la unidad de integración Sistema de muestreo y Ecuación de Estado Pruebas en Laboratorio del Sistema de Integración

A3.1.3

ENSAYOS EN PLANTAS DE TRATAMIENTO

A3.1.4

EVALUACIÓN DE INDUSTRIALIZACIÓN/COMERCIALIZACIÓN DE LOS RESULTADOS Y CONCLUSIONES

A3.2

SISTEMA DE MONITORIZACIÓN-ACTUACIÓN PARA INYECCIÓN ESPECIALIZADA

A3.3

DISEÑO CONCEPTUAL INTEGRADO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN INTELIGENTE ESPECIALIZADO-DIEZ

Objetivos específicos Actividad 3.1:  Desarrollo de sensores innovadores que permitan la medición online de la composición del biometano  Desarrollo del equipo que englobe el conjunto de sensores que permitan medir la calidad del gas de forma autónoma y continua. Subvencionado por el CDTI y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del “Programa Operativo Plurirregional de Crecimiento Inteligente 2014-2020

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3. Metodología de trabajo Revisión de la legislación actual nacional y europea referente a los requisitos de calidad para inyección de biogás en la red

Identificación de los parámetros y los límites exigidos

• • •

• •

Estado del arte de equipos y sensores Identificación de técnicas de medida

Selección y compra de equipos Desarrollo de equipos novedosos Pruebas de laboratorio

• • •

Integración de señales Desarrollo de un prototipo (Integración de un kit de medida)

•

Ensayos en plantas de tratamiento

•

Evaluación de resultados

Identificación de los parámetros y los límites exigidos

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a. Legislación Nacional y Europea Inyección a red España Parámetro

Normativa:

Inyección a red UE

Unidad

Índice de Wobbe PCS Densidad relativa S Total H2S + COS (como S) RSH (como S)/ Mercaptanos(como S)

Comentarios respecto a la normativa UE mín

máx

mín

16,058 13,26 0,70 50 15 17

No especificado

mg/m3 mg/m3 mg/m3

13,403 10,26 0,555 -

0,55 -

0,700 20 5 6

kWh/m3 kWh/m3

máx

Sin odorización Sin odorización UE: EL límite es 0,001% expresada como media de 24 h. Si se demuestra que el gas no va a circular por instalaciones sensibles a mayores concentraciones de oxígeno (como serían almacenamientos subterráneos), se permite hasta 1%

Requisitos de calidad de biometano

O2

mol %

-

0,01

-

0,001 - 1

CO2

mol %

-

2,5

-

2,5-4

•Nacional: BOE-A-2013-185

H2O (Punto de rocío)

2

-

-8

UE: Dependiendo de las condiciones climáticas del pais, se puede aceptar mayores valores de humedad a nivel nacional

-

5

-

-2

UE: Dependiendo de las condiciones climáticas del pais, se puede aceptar mayores valores de humedad a nivel nacional

mol %

95 -

2

65 -

H2

mol %

-

5

No especificado

Fluor Cloro Amoníaco Mercurio Siloxanos Benceno, Tolueno, Xileno (BTX)

mg/m3 mg/m3 mg/m3 μg/m3 mg/m3 mg/m3

-

10 1 3 1 10 500

No especificado No especificado 10

Silicio volátil (como Si)

mg/m3

•Europea: prEN16723-2014

ºC a 70 bar (a) -

HC (Punto de rocío) Metano (CH4) Número metano CO

ºC a 1-70 bar (a) mol %

Microorganismos Polvo/Partículas

0,1

No especificado -

-

Aminas

0,1 - 1; 0,3 - 1

-

Tecnicamente puro Tecnicamente puro

UE: EL límite es 2,5 %. Si se demuestra que el gas no va a circular por instalaciones sensibles a mayores concentraciones de dióxido de carbono (como serían almacenamientos subterráneos), se permite hasta 4%

10 Tecnicamente puro Tecnicamente puro

UE: Recomienda establecer el límite tras un estudio del caso en concreto. No establece un límite general UE: Límites propuestos basados en criterios de salud UE: Límites propuestos basados en criterios de salud UE: No se requiere medida si se demuestra ausencia de agua líquida. UE: El límite lo indica como Si total En aplicaciones en las que se utilize el 100% de biometano durante 15 años, el contenido de silicio volátil no podrá ser superior a 0,1 mg/m3. Si se demuestra, que la aplicación no consume un 100% de biometano durante 15 años, el límite puede elevarse hasta 1%, dependiendo del patrón de exposición. O Los rangos anteriores son 0,3-1% UE: No se requiere medida si se demuestra ausencia de agua líquida.

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b. Estado del Arte equipos y sensores

• Revisión bibliográfica referente a los métodos de medida de los parámetros del biogás • Identificación de tecnologías en las que se basan los principales tipos de sensores disponibles • Identificación de diferentes equipos comerciales que permiten la medida on-line

Hay equipos disponibles para medición en continuo de algunos parámetros legislados en el biogás pero no de todos. Subvencionado por el CDTI y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del “Programa Operativo Plurirregional de Crecimiento Inteligente 2014-2020

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b. Estado del Arte equipos y sensores Parámetro

Equipo / Sensores

Gases permanentes (CH4, CO2, H2, CO, O2) y BTX (benceno, tolueno y xileno)

Micro GC–TCD / Sensores CH4, CO2, H2 / Desarrollo de nuevo sensor optoelectrónico para O2

Siloxanos

Micro GC–IMS

Medida de Fl y Cl

Técnica FIA (Flow Inyection Analysis) (micro GC–FID)

Microorganismos

Absorción + FIA (Citometría)

NH3

Sensor Electroquímico / Desarrollo de nuevo sensor optoelectrónico (sensor específico)

H2S + S total / RSH

Sensor Electroquímico / Desarrollo de nuevo sensor optoelectrónico (sensor específico)

Hg

Sensor especifico

Punto de rocío del H2O

Sensor especifico

Punto de rocío de HC

Sensor específico / Desarrollo de ecuación de estado

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c. Selección y compra de equipos 

Reuniones periódicas para selección de los equipos más adecuados (criterios técnicos y económicos)



Experiencia de otros participantes del proyecto con equipos similares



Especificación técnica sensores seleccionados

para

los

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c. Selección y compra de equipos  Gases permanentes (CH4, CO2, H2, CO, O2): micro GC-TCD  Determinación de BTX : micro GC-TCD 

Puesta a punto de método cromatográfico: • • • •

Micro GC-TCD Aligent

Tiempo de muestreo Temperatura de la línea de muestreo Temperatura de la separación cromatográfica Temperatura de inyección..



Parámetros de calidad: Selectividad, Precisión, etc



Aplicación a muestras reales

Compuesto CH4

C (%)

Legislación España Legislación UE

89,64

> 95 %

---

CO

2,00

0.1

1

0.01(2)

n.a.

100

50

12 meses

Cerámico

Punto de rocío del H2O (WDP)

DQA

1- 5

-40 hasta 60

≤ 450

n.a.

Sin partículas

(Ver apartado de calibracion)

Calibración cada 12- 18 meses (coste 757 Eur)

No (la "calibración" implica el cambio del sensor por parte del fabricante)

Dark Spot™ (basado en la tecnología de espejo enfriado)

Punto de rocío de HC (HDP)

DQA

≥0,5

0 hasta 30

≤ 100 bar

n.a.

Sin partículas

(Ver apartado de calibracion)

Calibración cada 12-18 meses

No (la "calibración" implica el cambio del sensor por parte del fabricante)

DQA

1,2 – 2

0 hasta 50 (por encima del WDP)

≤ 1,2

< 90% (sin condensación)

Necesidad filtro de 3.073 (Incluye enfriador Según uso (implica cambios partículas. Necesidad 2.039 €, filtro finos 158€, de o-rings y fusibles). Cada 5 de evitar condensacion sensor de humedad 326€ y años aprox. cambio lámpara de humedad en el bomba de aspiracion IR equipo. opcional 550€)

12 meses

DQA

0,5 - 1,5

0 hasta 50 (por encima del WDP)

0,8 - 1,1

< 90% (sin condensación)

Necesidad filtro de 3.073 (Incluye enfriador partículas. Necesidad 2.039 €, filtro finos 158€, Según uso (implica cambios de evitar condensacion sensor de humedad 326€ y de o-rings y fusibles). de humedad en el bomba de aspiracion equipo. opcional 550€)

12 meses

Calibración

Requiere patrón

1

2

3

4 PROMET IS (Michell Instruments)11.582 5

6

65.000 CONDUMAX II (Michell Instruments) (alquiler 5.800 €/mes)

7

ULTRAMAT 23 (Siemens)

CH4 6.410

IR CO2

CALOMAT 6 (Siemens)

4.446

Conductividad térmica (TCD)

~ 40.000

Micro - Cromatógrafo de gases con detector de conductividad térmica

Gases Permanentes CH4, CO2, CO, H2 y O2 y BTX

UVA

~ 35.000

Croamatógrafo de gases con espectrometría de movilidad iónica

Siloxanos

UVA

GC-FID

HC pesados

SIN ASIGNAR

H2

8

Micro-GC-TCD (490 Biogas micro-GC-TCD Agilent)

0 hasta 110

Máximo 1

0

500 -1000 (reguladores y Libre de partículas. controladores de presión). Necesidad de filtros de El resto del humedad y particulas pretratamiento está incluido en el equipo.

0,050- 0,165

-10 hasta 50

atmosférica

0

500 -1000 (reguladores y Libre de partículas. controladores de presión). Necesidad de filtros de El resto del humedad y particulas pretratamiento está incluido en el equipo.

1,2-1,5

0 hasta 40

---

< 90% (sin condensación)

0.1-0.06

(3)

10 Pendiente de valorar

AUTOCAL (con N 2 puro). Calibración con patrón externo, como mínimo, cada 3 meses

Según uso

Cada 1-2 meses limpieza con N2. Cada 3-4 meses cambio de Según necesidad (cada 2-3 meses) fase móvil (He). Cambio de filtros de humedad y partículas (según necesidad)

según uso

Cada 3-4 meses cambio de fase móvil (N 2). Entre 1-4 semanas (por parte del Cambio de filtros de usuario) humedad y partículas (según necesidad)

9

GC-IMS (G.A.S.)

Diariamente AUTOCAL (con aire ambiente, automático). Calibración con patrón externo, como mínimo,

Sí

Sí

Sí

Problemas para adquirir el gas patrón de los siloxanos (casas comerciales no lo hacen), solo el fabricante del equipo. El patrón lo prepará UVA

11

12

15.200 Pendiente AAS (Absorcion UV , λ=253,7 VM-3000 (Mercury Instruments) de confirmar nm) opción alquiler

(1)

Coste adicional por incluir el sistema de pretratamiento en la adquisicion del equipo

(2)

Máximo en biogás según legislación.

(3)

Sólo durante el tiempo de introducción de muestra al equipo

Hg

Libre de partículas (el equipo ya inlcuye filtro)

2.365€ (Incluye enfriador Filtro entrada 20€ (anual). 2.039 € y sensor de Filtro de salida 65€ y lámpara humedad 326€) 540€ (duran varios años)

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Verificación: cada 1-2 meses (usuario) Calibración: anual, extrerna (~1.000€)

12 meses

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No. La calibración la hace la casa comercial

ENTREGABLES o Elaboración de memoria Hito 1 (2015) • Estado del arte de métodos de medida y sensores on line • Normativa • Resultados de la prospección de mercado de sensores comerciales on line para los parámetros CH4, CO2, H2, puntos de rocío de agua e hidrocarburos y Hg • Especificación de sensores • Especificación de unidad de integración

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GRADO DE AVANCE DEL PROYECTO o Sensores para CH4, CO2, H2, Pto. rocío H20 y HC, Hg  Estado del arte de la medición de parámetros  Elaboración de especificaciones con requisitos a cumplir por sensores  Prospección de mercado para sensores on line • Evaluación de equipos y compra • Pruebas de laboratorio • Pruebas de campo (2017)

o Unidad de integración  Elaboración de especificaciones • Identificación y compra de la unidad de integración • Integración de señales (2º semestre 2016) • Desarrollo ecuaciones para determinación de parámetros físicos • Tratamiento de datos y Telemedida (2017) Subvencionado por el CDTI y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del “Programa Operativo Plurirregional de Crecimiento Inteligente 2014-2020

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CRONOGRAMA ACTIVIDADES DIAGNÓSTIQA

1T

2T

2014 3T

4T

1T

2T

2015 3T

4T

1T

2T

2016 3T

4T

1T

2T

2017 3T

4T

Estado del arte sensores y normativa Sensores ópticos Integración Adquisición de datos Sincronización Tratamiento (cálculos PCS, Wobbe, densidad) Visualización de datos Almacenamiento datos

Pruebas en Laboratorio Pruebas en Campo Informe final

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1T

2T

2018 3T

4T

MUCHAS GRACIAS

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