Colectores solares de alta temperatura

“Año de la Consolidación del mar de Grau” Trabajo Encargado de Investigación del Colectores de Alta Temperatura Yeison Ye ison Huaraca H uaraca Tupac !niversidad "acional de #uliaca

Escuela $ro%esional de Ingenier&a en Energ&as 'enovables 'enovables (II )emestre Ar*uitectura )olar  #uliaca+ ,-./

Introducción

El calentamiento solar de agua para generación de energ&a el0ctrica 12o otras necesidades+ como alternativa para sustituir las energ&as convencionales 3petróleo 1 sus derivados+ etc45+ es una opción atractiva+ si se toma en cuenta las altas temperaturas de 36--7C a 8--7C5+ adem9s+ desde el punto de vista de aorro energ0tico es la opción m9s %avorable+ 1a *ue+ en estos sistemas+ la %uente de calor es la radiación solar+ la cual sustitu1e los combustibles %ósiles ó la electricidad4 :os sistemas solares para calentamiento de agua en la generación de energ&a el0ctrica est9n constituidos por dos elementos principales grupo de Colectores+ encargados de recibir 1 trans%ormar la energ&a incidente durante el d&a+ una Torre de concentración 3receptor central5 donde se concentra todo el calor incidente por los colectores4 El aprovecamiento de energ&a solar+ a alta temperatura+ para producir electricidad mediante v&a termodin9mica se basa en principios an9logos a los *ue pueden contemplarse en una central el0ctrica convencional *ue *uema carbón o petróleo4 )e consigue *ue la radiación solar caliente a alta temperatura un %luido primario 3el %luido calo portador54

Colectores Solares de Alta Temperatura Descripción

Es la *ue se utili;a cuando se re*uieren temperaturas superiores a ,<-=C+ 1 se aplica+ %undamentalmente+ para la producción de electricidad a gran escala4 "o obstante+ se utili;a tambi0n para+ por ejemplo+ la s&ntesis 12o tratamiento super%icial de materiales en ornos solares+ producción de idrógeno 1 otros combustibles solares 3bioetanol+  biodiesel5 e+ incluso+ e>perimentos astro%&sicos4 En m9s altas temperaturas 36--7C ? @---7C5 se alcan;an gracias a los concentradores  puntuales como los de discos parabólicos 1 los campos de eliostatos o centrales de torre4 )e utili;an en centrales solares %oto t0rmicas+ %otovoltaicas 1 %oto*u&micas+ tambi0n en ornos solares para tratamientos t0rmicos e investigación de materiales4 Antes de de%inirlo+ a1 *ue tener claros los dos elementos b9sicos dentro del colector+ el concentrador 1 el receptor4 El primero constitu1e el sistema óptico+ 1 es la  parte del colector *ue dirige la radiación sobre el receptor4 ste es el elemento del sistema donde la radiación es absorbida 1 se convierte en otro tipo de energ&a4 $or tanto+ la ra;ón de concentración super%icial se de%ine como el cociente del 9rea de apertura del concentrador entre el 9rea de absorción del receptor4

Figura 1: Captador Solar Térmico de alta Temperatura

Clasificación de Colectores solares

$ara poder alcan;ar ma1ores temperaturas en un colector+ es necesario modi%icar el sistema de captación+ de %orma *ue se aumente la concentración4 Esto se consigue en los colectores concentradores+ *ue se pueden clasi%icar segBn dos caracter&sticas b9sicas la geometr&a del absorbedor 3concentración lineal o puntual5 1 la %orma de la concentración 3re%le>ión o re%racción54 Aun teniendo en cuenta esta primera clasi%icación+ todos ellos pueden concentrar la energ&a solar en un punto espec&%ico para conseguir temperaturas mu1 elevadas *ue pueden cubrir las aplicaciones industriales+ tales como generación de electricidad4 A modo de resumen+ se adjunta una tabla donde se muestran los di%erentes colectores en %unción de la ra;ón de concentración+ se añaden+ adem9s+ el rango de temperaturas a las *ue se puede llegar4

Figura 2 Clasificación en función del factor de concentración.

Tipos de colectores de Alta temperatura

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El colector cilindro parabólico (CCPs)

compuesto b9sicamente por un espejo cilindro parabólico *ue re%leja la radiación solar directa concentr9ndola sobre un tubo absorbedor colocado en la l&nea %ocal de la  par9bola4 Esta radiación concentrada sobre el absorbedor ace *ue el %luido *ue circula  por el interior del tubo se caliente+ trans%ormando de esta %orma la radiación solar en energ&a t0rmica en %orma de calor sensible del %luido4 Estos colectores llevan un mecanismo de seguimiento solar $ara poder concentrar  sobre el tubo absorbente la radiación solar+ el colector CC$ debe seguir al sol durante el d&a+ para lo cual necesita de un mecanismo de seguimiento solar *ue va cambiando la  posición del colector con%orme el sol se va moviendo en el cielo4

Figura 3. Colector cilíndrico parabólico CCps.

D

Centrales de torre

:os sistemas de torre o receptor central est9n %ormados por un campo de eliostatos 3espejos móviles sobre , ejes5+ los cuales captan 1 concentran la radiación directa del )ol sobre un receptor+ instalado en la parte superior de una torre central4 Este es una amplia super%icie cubierta de grandes espejos 3eliostatos5 *ue concentran

lamradiaciónmsolar mcaptadamenmunmreceptor4

:os sistemas m9s comunes de este tipo tienen el receptor instalado en una torre+ por lo

*ue reciben el nombre de centrales solares de tipo torre central4 :os eliostatos constan de una estructura soporte 1 de una super%icie re%lectante4 Asimismo+ tienen incorporados unos mecanismos *ue permiten *ue la super%icie re%lectante se mueva segBn dos ejes de giro+ de modo *ue pueda captar de la mejor %orma 1 en cada momento la radiación solar  1 concentrarla en el receptor instalado en la torre4

Figura 4. s!uema de una central solar.

El %uncionamiento de la planta es sencillo+ el receptor solar central genera vapor a alta temperatura el cual es posteriormente utili;ado para mover una turbina *ue produce electricidad4

Figura ". Funcionamiento de una central solar.

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Centrales de colectores distribuidos

!tili;an los llamados colectores de concentración+ *ue concentran la radiación solar  *ue reciben en la super%icie+ lo cual permite obtener+ con buenos rendimientos+ temperaturas de asta @--7C+ su%icientes para producir vapor a alta temperatura+ *ue se usa para generar electricidad o tambi0n para otros procesos industriales4

Figura #. Centrales de colectores distribuidos.

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Discos parabólicos

)on sistemas *ue concentran la energ&a del )ol en un punto en el *ue se sitBa el receptor solar 1 un motor )tirling o una micro turbina *ue se acopla a un alternador4 El %luido locali;ado en el receptor se calienta asta temperaturas de m9s de <-7C 1 esta energ&a es aprovecada por el motor )tirling o la micro turbina para producir  electricidad4 !n motor )tirling es un motor de combustión e>terna+ lo *ue *uiere decir *ue el aporte energ0tico puede reali;arse mediante la energ&a solar concentrada+ este movimiento es aprovecado por un alternador acoplado al motor para producir  electricidad *ue se puede conectar a la red el0ctrica para su venta o en la ma1or&a de los casos puede servir para consumo directo4

Figura $. %isco parabólico

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Receptores lineales de Fresnel

:os re%lectores llevan espejos planos normales 1 simulan la curvatura de los espejos cilindro parabólicos 3m9s caros5 variando el 9ngulo de cada %ila con un solo eje de seguimiento4 :a principal ventaja del sistema de receptores lineales Fresnel es su sencilla instalación 1 su bajo coste+ aun*ue el rendimiento es menor *ue la tecnolog&a de Captadores Cilindro $arabólicos 3CC$54

Figura &. Colectores Fresnel.

Biblior!fica

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