Colectores Solares De Alta Temperatura 33p69

“Año de la Consolidación del mar de Grau” Trabajo Encargado de Investigación del Colectores de Alta Temperatura Yeison Huaracha Tupac Universidad Nacional de Juliaca

Escuela Profesional de Ingeniería en Energías Renovables VII Semestre Arquitectura Solar Juliaca, 2016

Introducción El calentamiento solar de agua para generación de energía eléctrica y/o otras necesidades, como alternativa para sustituir las energías convencionales (petróleo y sus derivados, etc.), es una opción atractiva, si se toma en cuenta las altas temperaturas de (400ºC a 800ºC), además, desde el punto de vista de ahorro energético es la opción más favorable, ya que, en estos sistemas, la fuente de calor es la radiación solar, la cual sustituye los combustibles fósiles ó la electricidad. Los sistemas solares para calentamiento de agua en la generación de energía eléctrica están constituidos por dos elementos principales grupo de Colectores, encargados de recibir y transformar la energía incidente durante el día, una Torre de concentración (receptor central) donde se concentra todo el calor incidente por los colectores. El aprovechamiento de energía solar, a alta temperatura, para producir electricidad mediante vía termodinámica se basa en principios análogos a los que pueden contemplarse en una central eléctrica convencional que quema carbón o petróleo. Se consigue que la radiación solar caliente a alta temperatura un fluido primario (el fluido calo portador).

Colectores Solares de Alta Temperatura Descripción Es la que se utiliza cuando se requieren temperaturas superiores a 250°C, y se aplica, fundamentalmente, para la producción de electricidad a gran escala. No obstante, se utiliza también para, por ejemplo, la síntesis y/o tratamiento superficial de materiales en hornos solares, producción de hidrógeno y otros combustibles solares (bioetanol, biodiesel) e, incluso, experimentos astrofísicos. En más altas temperaturas (400ºC – 3000ºC) se alcanzan gracias a los concentradores puntuales como los de discos parabólicos y los campos de heliostatos o centrales de torre. Se utilizan en centrales solares foto térmicas, fotovoltaicas y fotoquímicas, también en hornos solares para tratamientos térmicos e investigación de materiales. Antes de definirlo, hay que tener claros los dos elementos básicos dentro del colector, el concentrador y el receptor. El primero constituye el sistema óptico, y es la parte del colector que dirige la radiación sobre el receptor. Éste es el elemento del sistema donde la radiación es absorbida y se convierte en otro tipo de energía. Por tanto, la razón de concentración superficial se define como el cociente del área de apertura del concentrador entre el área de absorción del receptor.

Figura 1: Captador Solar Térmico de alta Temperatura

Clasificación de Colectores solares Para poder alcanzar mayores temperaturas en un colector, es necesario modificar el sistema de captación, de forma que se aumente la concentración. Esto se consigue en los colectores concentradores, que se pueden clasificar según dos características básicas: la geometría del absorbedor (concentración lineal o puntual) y la forma de la concentración (reflexión o refracción). Aun teniendo en cuenta esta primera clasificación, todos ellos pueden concentrar la energía solar en un punto específico para conseguir temperaturas muy elevadas que pueden cubrir las aplicaciones industriales, tales como generación de electricidad. A modo de resumen, se adjunta una tabla donde se muestran los diferentes colectores en función de la razón de concentración, se añaden, además, el rango de temperaturas a las que se puede llegar.

Figura 2 Clasificación en función del factor de concentración.

Tipos de colectores de Alta temperatura -

El colector cilindro parabólico (Cs)

compuesto básicamente por un espejo cilindro parabólico que refleja la radiación solar directa concentrándola sobre un tubo absorbedor colocado en la línea focal de la parábola. Esta radiación concentrada sobre el absorbedor hace que el fluido que circula por el interior del tubo se caliente, transformando de esta forma la radiación solar en energía térmica en forma de calor sensible del fluido. Estos colectores llevan un mecanismo de seguimiento solar Para poder concentrar sobre el tubo absorbente la radiación solar, el colector C debe seguir al sol durante el día, para lo cual necesita de un mecanismo de seguimiento solar que va cambiando la posición del colector conforme el sol se va moviendo en el cielo.

Figura 3. Colector cilíndrico parabólico Cs.

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Centrales de torre

Los sistemas de torre o receptor central están formados por un campo de heliostatos (espejos móviles sobre 2 ejes), los cuales captan y concentran la radiación directa del Sol sobre un receptor, instalado en la parte superior de una torre central. Este es una amplia superficie cubierta de grandes espejos (heliostatos) que concentran

lamradiaciónmsolarmcaptadamenmunmreceptor.

Los sistemas más comunes de este tipo tienen el receptor instalado en una torre, por lo

que reciben el nombre de centrales solares de tipo torre central. Los heliostatos constan de una estructura soporte y de una superficie reflectante. Asimismo, tienen incorporados unos mecanismos que permiten que la superficie reflectante se mueva según dos ejes de giro, de modo que pueda captar de la mejor forma y en cada momento la radiación solar y concentrarla en el receptor instalado en la torre.

Figura 4. Esquema de una central solar.

El funcionamiento de la planta es sencillo, el receptor solar central genera vapor a alta temperatura el cual es posteriormente utilizado para mover una turbina que produce electricidad.

Figura 5. Funcionamiento de una central solar.

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Centrales de colectores distribuidos

Utilizan los llamados colectores de concentración, que concentran la radiación solar que reciben en la superficie, lo cual permite obtener, con buenos rendimientos, temperaturas de hasta 300ºC, suficientes para producir vapor a alta temperatura, que se usa para generar electricidad o también para otros procesos industriales.

Figura 6. Centrales de colectores distribuidos.

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Discos parabólicos

Son sistemas que concentran la energía del Sol en un punto en el que se sitúa el receptor solar y un motor Stirling o una micro turbina que se acopla a un alternador. El fluido localizado en el receptor se calienta hasta temperaturas de más de 750ºC y esta energía es aprovechada por el motor Stirling o la micro turbina para producir electricidad. Un motor Stirling es un motor de combustión externa, lo que quiere decir que el aporte energético puede realizarse mediante la energía solar concentrada, este movimiento es aprovechado por un alternador acoplado al motor para producir electricidad que se puede conectar a la red eléctrica para su venta o en la mayoría de los casos puede servir para consumo directo.

Figura 7. Disco parabólico

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Receptores lineales de Fresnel

Los reflectores llevan espejos planos normales y simulan la curvatura de los espejos cilindro parabólicos (más caros) variando el ángulo de cada fila con un solo eje de seguimiento. La principal ventaja del sistema de receptores lineales Fresnel es su sencilla instalación y su bajo coste, aunque el rendimiento es menor que la tecnología de Captadores Cilindro Parabólicos (C).

Figura 8. Colectores Fresnel.

Bibliográfica

http://www.adrformacion.com/cursos/solarter/leccion1/tutorial5.html http://www.educacionambiental.com.co/aprovechamiento-solar/ http://solar-energia.net/energia-solar-termica/alta-temperatura https://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo6.html