Experiencias de Investigación en Energías Renovables en el ITP. Dr. Abdiel Gómez Mercado Octubre 21, 2014

Transcripción

1 Experiencias de Investigación en Energías Renovables en el ITP Dr. Abdiel Gómez Mercado Octubre 21, 2014

2 CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN 2. ENERGÍA EÓLICA 3. ENERGÍA SOLAR 4. TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN A FUTURO. 5. CONCLUSIONES

3 Introducción. Los procesos convencionales para la generación de electricidad que se basan en la quema de combustibles fósiles, emiten cantidades importantes de gases de efecto invernadero (GEI) y de contaminantes atmosféricos.

4 Las fuentes de energía renovable son hoy en día una alternativa con un extenso potencial para disminuir la dependencia global en el consumo de combustibles fósiles.

5 ENERGÍA EÓLICA Diseño de un aerogenerador de baja potencia

6 El presente trabajo, surge por la problemática ambiental que en la actualidad se tiene con el aumento del calentamiento global. En este sentido, se busca la implementación de energías alternas renovables mediante la optimización de un sistema de generación de energía eléctrica por medio del viento, llamado: aerogenerador, para uso doméstico. En la actualidad, la energía eólica es la tecnología de generación de electricidad de mayor crecimiento a nivel mundial.

7 La construcción de un aerogenerador casero despierta mucho interés, bien por ahorro económico, bien por satisfacción personal, y bien por cuidar el medio ambiente, aunque no es tarea fácil. Hasta que no ponemos manos a la obra, nos damos cuenta de las dificultades mecánicas y técnicas que entraña esta construcción.

8 La energía de tipo eólica ha dado muy buenos resultados en países desarrollados como Alemania, Finlandia o España. En nuestro país la explotación de esta nueva energía es incipiente. Sin embargo es necesario pensar a futuro y contemplar el agotamiento de fuentes de energía de carácter no renovables; es por ello la insistencia a un estudio de optimización de lo existente en el tema de energía eólica.

9 En México un 20% de esta forma de generar energía, se ha implementado sobre todo en las zonas de vientos frecuentes o constantes, se instalan desde bajas capacidades (500w) hasta capacidades mayores (500Kw), en nuestro caso se trabajará con bajas potencias puesto que la optimización es para un aerogenerador de tipo doméstico con potencias hasta 2.5Kw, el único inconveniente será que su funcionamiento óptimo dependerá de la velocidad del viento, por ello su instalación tendrá que realizarse a cierta altura puesto que a mayor altura mayor la velocidad del viento

10 La energía eólica ha tomado relevancia en la tendencia de reemplazo de las fuentes de energías tradicionales, el diseño y su montaje de sistemas de aprovechamiento, es materia de estudio creciente.

11 Instituto Tecnológico de Pachuca Unidad de Posgrado

12 Recursos eólicos

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14 Durante 2009, la capacidad eólica instalada en México aumentó en 317 MW, 373% más que en 2008, para un total de 402 MW instalados. Sin embargo, esta cantidad representa sólo el 0.3 % de la capacidad eólica mundial instalada Además, la tasa media de crecimiento anual de la generación eoloeléctrica mundial fue, en la última década, de 30.4%

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16 EL AEROGENERADOR. Un aerogenerador o turbina eólica es un dispositivo mecánico que convierte la energía cinética del viento en electricidad.

17 Esquema General.

18 Rotor

19 Multiplicador

20 Generador Eléctrico

21 Góndola

22 Sistemas Eléctricos

23 Torre

24 El Viento. Circulación de aire a la superficie de la tierra.

25 Distribución de velocidades. La función de distribución de velocidades proporciona el número de horas al año en que la velocidad del viento es superior a un valor determinado.

26 Perfil de velocidades. El perfil de velocidades nos da la variación de la velocidad del viento a medida que ganamos altura con respecto al suelo, la distribución de velocidades en función de la altura sigue una ley exponencial Valores típicos de Υ

27 Diseño de la aspas.

28 Diseño de la aspas. Los parámetros prácticos utilizados en el diseño de las aspas son los siguientes: Relación de velocidades periférica TSR

29 Si se conoce la velocidad v del viento, el radio de la pala y la velocidad n, se puede calcular el TSR a cualquier distancia r comprendida entre el eje de rotación del rotor y la periferia de la pala.

30 Relaciones prácticas entre Cx y Cy

31 Modelado en Ansys. Presión estática

32 Fig 5 Temperatura estática.

33 Perfil S-822

34 En esta sección se presenta los avances actuales en el estudio de energía eólica en el Instituto Tecnológico de Pachuca. De acuerdo con los datos disponibles de la velocidad del viento en la región de Pachuca, nos podemos dar cuenta en la figura 3 que la velocidad de arranque y la velocidad de diseño son viables para poder instalar un aerogenerador. La velocidad de diseño fluctúa alrededor 5-10 m/s, lo cual es un valor aceptable para realizar este tipo de proyectos.

35 METODOLOGÍA DE SELECCIÓN DEL ÁLABE PARA UN AEROGENERADOR DE USO DOMÉSTICO

36 Se pretende Producir energía eléctrica por medio de un aerogenerador cuyo rediseño nos proporcione un rendimiento mayor al habitual, así también como el abastecer una red de uso doméstico de 2.5 Kw y de costo lo más bajo posible.

37 Objetivos específicos. 1.- Se desarrollaran los álabes de forma aerodinámica de acuerdo a los perfiles NACA. 2.- La caja multiplicadora debe diseñarse para proporcionar las r.p.m. necesarias. 3.- El generador eléctrico deberá cumplir con la carga de alimentación, así como la tensión de carga regulada. 4.- Desarrollo del control electrónico para regular la generación de voltaje.

38 Metodología. El aerogenerador propuesto es de tipo horizontal de 3 palas, puesto que es lo óptimo para utilizarse con las condiciones que se tienen del viento en la zona. Los datos de velocidad de viento y temperatura fueron medidos en la ciudad de Pachuca, dentro de las instalaciones del Instituto Tecnológico de Pachuca sobre el edificio de posgrado que tiene una altura de 10 metros sobre el nivel del suelo.

39 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PACHUCA Equipo utilizado Equipo Medición Rango del sensor Tolerancia Termoanemómetro de aletas 1600 Velocidad del aire (m/s) m/s ±(2%+0.2m/s) Equipo utilizado para medición del viento

40 Metodología. Mes de Mayo Año 2014 Temperatura ( C) Velocidad (m / s) , , Tabla 2. Datos obtenidos de velocidad del viento.

41 Metodología. Las potencias del rotor que se utilizaron, el dato de velocidad, densidad del aire, la velocidad cinemática del aire así como el rendimiento máximo deseado son: potencias del rotor 2.5 kw, 2 kw, 1.5 kw, 1 kw y 0.5 kw, el valor de velocidad que utilizamos es de m/s (aproximadamente 7 m/s), la densidad del aíre 1.25 kg/m³, la velocidad cinemática del aire 1.33x10-5 m 2 /s, rendimiento máximo deseado 59%. Para obtener la potencia del viento requerida respecto del dato de diseño de la potencia útil deseada se obtuvieron con la ecuación: N VIENTO = N UTIL ROTOR η ROTOR 1

42 La potencia del viento está en función de la densidad del aire, de la velocidad del viento y del área barrida por el rotor, de la tabla 3, la velocidad media del viento en mph es de 15 y el factor de potencia media (F) para esa velocidad es de 17.3, utilizando los factores de corrección (tabla 5) de la densidad del aire respecto de la altitud y la temperatura donde se realizaron las mediciones C A =0.744, C T =1, considerando el rendimiento máximo deseado 59%, obtenemos el área de barrido con la ecuación (2), indicada en la tabla 4 A BARRIDO = 93 N UTIL AEROGENERADOR η FC A C T 2

43 V (mph) Factor , V (mph) Factor (F) Tabla 3. Factores de potencia en función de la velocidad media. (Martínez D, (2008)).

44 Altitud (m) C A Temperatura C T º º º º º Tabla 4 Factores de corrección de la densidad del aire. (Martínez D, (2008)).

45 El área de barrido es donde el aire actuará directamente sobre los álabes del aerogenerador, produciendo la energía necesaria para ponerlo en funcionamiento. Se consideró esta área para determinar el radio corregido; es de decir, el radio real donde actúa el viento. Para esto se utilizó la ecuación (3) A = π 4 (D)2 D = 4 A BARRIDO π 3

46 Los Coeficientes de arrastre (C L ) de sustentación (C D ), obtenidos de los diagramas polares del perfil NACA 2410 (se usan aproximaciones), CD=0.0089, CL=0.83 y utilizando un ángulo de ataque α=6 obtenemos la relación entre ambos con la ecuación (4), y cuyo valor es 93.26%, que entre más cercano este al 100% se asegura un mejor aprovechamiento de la energía eólica. C Y C X = C L C D 4

47 Para el cálculo de las Revoluciones por minuto del perfil NACA 2410 usamos un TSR (Tip-Speed-Ratio) igual a 6 (donde el TSR es la periferia del alabe circular a una velocidad TSR mayor que la velocidad del viento V MEDIA, y es la relación entre la velocidad periférica (U del alabe W), también se encuentran los valores del radio corregido, utilizamos la ecuación (5). n = TSR 30 V MEDIA π (R) 5

48 Resultados Las potencias del viento que son necesarias para producir la potencia que se requiere se muestran en la siguiente tabla: N UTIL ROTOR N VIENTO 2.5 kw kw 2 kw kw 1.5 kw kw 1 kw kw 0.5 kw kw Tabla 5. Potencias del viento necesaria.

49 Las áreas de barrido para cada potencia de rotor obtenidas se muestran en la siguiente tabla: N UTIL ROTOR A BARRIDO 2.5 kw m 2 2 kw m kw m 2 1 kw m kw m 2 Tabla 6. Muestra las áreas de barrido para cada valor de potencia de rotor.

50 Los valores de diámetro y radio corregido, se muestran en la siguiente tabla: A BARRIDO (m 2 ) Diámetro corregido (m) Radio corregido (m) m m m m m m m m m m m m m m m Tabla 7. Diámetros y radios corregidos de las diferentes áreas de barrido

51 Las revoluciones por minuto obtenidas en este análisis, son las que se muestran en la siguiente tabla: Radio corregido (m) RPM (n) m rpm m rpm m rpm m rpm m rpm Tabla 8. RPM obtenidas con los diferentes radios respecto del A BARRIDO

52 Comentarios Los resultados obtenidos demuestran la necesidad de utilizar un perfil NACA 2410, ideal para velocidades del viento entre 5 y 12 m/s, pues en este estudio se manejó una velocidad media de 6.9 m/s aproximadamente 7m/s. Es indispensable tomar en cuenta el área de barrido puesto que de esto dependen los esfuerzos que se generen en las zonas del alabe cercanas al rotor, aunado a esto, las ráfagas de viento que en cualquier área donde se pretenda instalar un equipo de generación de energía, siempre estarán presentes y ocasionaran sobre- esfuerzos.

53 El procedimiento inicial para el diseño de un alabe que aquí se presenta sugiere que sean considerados los resultados de potencia del viento, área de barrido, radio corregido, así como numero de revoluciones del rotor, para diseños de aerogeneradores en las zonas cercanas al Instituto Tecnológico de Pachuca, y en un uso doméstico, el alabe adecuado es el que ofrezca un radio entre 2 y 3 metros, debido a que un alabe de mayor radio siempre tendrá mayor grado de dificultad para el montaje, instalación y a futuro el mantenimiento, y un radio menor según el análisis no será eficiente en cuanto al suministro de energía porque generará una cantidad menor a la que básicamente se necesita.

54 Es importante hacer mención que la energía eólica tiene muchas áreas de investigación: Uso de materiales diversos para la fabricación de los alabes. Implementación de pequeños campos eólicos en las unidades habitacionales, quizá no para sustituir por completo a la compañía suministradora, sino tal vez para su uso en las horas pico donde la energía eléctrica es más cara y también crear conciencia en cuanto al ahorro de energía. Entre otros.

55 ENERGÍA SOLAR Diseño de una casa bioclimática con orientación solar pasiva

56 Objetivo Orientar pasivamente el modelo arquitectónico preliminar con base en las trayectorias solares para cada mes del año y hora del día, asegurando un máximo de radiación solar captada a lo largo de todo el año, acorde a las condiciones geográficas de la ciudad de Pachuca de Soto, Hidalgo.

57 Una de las principales fuentes de consumo de energía dentro de las zonas urbanas se presenta en las viviendas, específicamente en hogares de nivel económico medio-alto. La energía requerida para abastecer el funcionamiento de una casa climatizada al estándar de confort humano, puede resultar muy costosa; sin embargo es posible reducir costos aprovechando fuentes renovables de energía.

58 Casa Bioclimática: Es una edificación que alberga condiciones de confort humano dentro de ella, tomando en cuenta las condiciones climáticas del lugar donde se encuentre, utilizando medios tecnológicos naturales (Pasivos) o artificiales (Electromecánicos) con el propósito de disminuir los costos por consumo de energía. En este trabajo se presenta el diseño de una casa semi-residencial Bioclimática, que utiliza la orientación solar como técnica de aprovechamiento de la energía solar, proyectada para construirse en la ciudad de Pachuca de Soto Hidalgo, dentro de las instalaciones del Instituto Tecnológico de Pachuca (ITP).

59 El esfuerzo va dirigido a la implementación de alternativas energéticas de bajo impacto ambiental y orientadas al ahorro de energía en zonas semiresidenciales, con lo que se pretende aportar soluciones de bajo costo, de alto impacto tecnológico y adicionalmente la formación de recursos humanos a corto plazo aplicados a la investigación y desarrollo tecnológico.

60 Modelo Arquitectónico Tendencia Orgánica.

61 Modelo exterior preliminar.

62 Diseño Interior Área de Servicio Baño Cocina-comedor Cochera Jardin Medio Baño Sala Recamara Secundaria 2 1/2 Baño Recamara Secundaria 1 Recamara Principal Planta baja. Planta alta

63 Metodología La orientación consiste en situar las fachadas principales de tal forma que estas aprovechen la mayor cantidad de energía solar. Para las trayectorias solares a lo largo de todo el año y cada hora, se calculó. Hora Solar: δ = Hora Solar = hora Oficial + E + 4 (Lstd Lloc)

64 La declinación solar es: D = sin n /365 Asimismo, el ángulo de altura solar se determina por: H = sin 1 sin L sin D + (cos δ + cos L cos D) Finalmente, el ángulo de acimut es: X = sin 1 cos D sin δ cos H

65 Para la determinación de las gráficas y de las trayectorias solares por hora del día y por mes a lo largo del año se utilizo el Software ECOTECT ANALISYS AUTODESK Datos tabulados para un día Solar. Datos: Longitud 98.7 Longitud referencia 90, Fecha 15 de mayo, Zona horaria -90, Orientación 0.0 Amanecer 06:02, Puesta de Sol:18:59, Corrección solar -31 min. Declinación 18.6 Hora local (Solar) Acimut Altitud 06:30 05: : : : : : : : : : : :30 16: :30 15:

66 Analíticamente se comprobaron los datos de la Tabla 1, utilizando las características geográficas de la ciudad de Pachuca como lo son Longitud Local de 98.7, latitud de 20.11, el día del año 135 correspondiente al 15 de mayo. Utilizando las fórmulas anteriores y sustituyendo los valores de entrada, se encuentran los siguientes valores: Hora Solar: 05:59. Ángulo Acimut: 72.3 Ángulo de Altitud: 6.4

67 Se obtuvieron las siguientes diferencias con los cálculos del ordenador. Hora solar 1 minuto. Ángulo acimut 0.1 Angulo de altitud 0.4 Los cuales no representan un margen de error alto para los efectos de los estudios que nos ocupan.

68 Obtención de Gráficas. El método de generación de las gráficas es relativamente sencillo, utilizando el método descrito por Canterell (1990). La utilización del software agiliza las sencillas pero tediosas actividades, con el consecuente consumo de tiempo para el cálculo.

69 Orthographic Projection Location: Pachuca, MEX Sun Position: -69.8, -0.9 Weather Tool Vista estereográfica. 90 Date/ Time: 19:00, 15th May Dotted lines: July-December. HSA: -69.8, VSA: ALT North

70 Vista ortográfica. Stereographic Diagram Location: Pachuca, MEX Sun Position: -69.8, -0.9 HSA: -69.8, VSA: -2.6 Weather Tool N st Jun 1st 285 May 1st Apr 270 1st Mar st Jul 1st Aug 75 1st Sep 90 1st Oct 255 1st Feb 1st Nov 105 1st Jan st Dec Time: 19:00 Date: 15th May Dotted lines: July-December

71 Estas gráficas son útiles para definir la orientación más adecuada para una construcción específica.

72 Vista Isométrica de posicionamiento del modelo.

73 Comentarios Este trabajo deja como resultado un modelo arquitectónico de una casa bioclimática con énfasis en aprovechamiento de la energía solar. Un modelo preliminar base para el análisis de flujos y transferencia de calor, así como el cálculo de la eficiencia térmica del sistema para asegurar el funcionamiento óptimo de la construcción y alcanzar condiciones de confort humano en la mayor parte del año.

74 ENERGÍA SOLAR Diseño de un concentrador solar cilindroparabólico para generación de energía eléctrica en el ITP

75 Existe seria preocupación sobre el medio ambiente por el uso de energías derivados del petróleo. Los costos de la energía cada día son mas elevados Utilizando energía renovables ( como el sol) para obtener electricidad puede ser la solución.

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77 El mundo se encuentra en peligro

78 El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama sobre el planeta.

79 En México la energía solar tiene grandes posibilidades, pues el país destaca en el mapa mundial de territorios con mayor promedio de radiación anual. Con base en estudios realizados previamente por el Instituto de Investigaciones Eléctricas en nuestra región, recibimos 5440 W, los cuales se pueden aprovechar para producir electricidad

80 Cada año el Sol arroja sobre la superficie terrestre 4 mil veces más energía que la que consumimos, por lo que su potencial es prácticamente ilimitado La energía del Sol es renovable y fácilmente almacenable. Cuando el cielo está claro y el Sol cae verticalmente sobre la tierra, llega un promedio diario de 870 W por cada metro cuadrado en forma de radiaciones electromagnéticas. Esta cantidad equivale al consumo diario medio del habitante de un país desarrollado.

81 Existen diferentes tipos principales de centrales termosolares: Las de disco Stirling

82

83 Las de torre

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85 Las de colectores cilindro parabólicos

86 Algunos componentes del colector cilindro parabólico

87 Cada segundo el Sol irradia en todas las direcciones del espacio una energía de 4x10 26 J; esto es, tiene capacidad para generar una potencia de 4x10 23 kw.

88 MAPA SOLAR DEL MUNDO

89 Radiación solar en México kwh /m 2 día Ene Feb Mar Abril May Jun Jul Ago Sept Oct Nov Dic Promedio anual

90 MAPA SOLAR DE LA REPUBLICA MEXICANA

91 MAPA DE RADIACIÓN SOLAR EN HIDALGO

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93 Nivel de concentración Área del concentrador c = Área del receptor Para los sistemas cilindro-parabólico: 30< c <90 El balance de energía para un receptor perfectamente aislado (sin pérdidas por conducción o convección, y despreciando la temperatura del ambiente contra el que radia), sería: ef Despejando: 4 σ T max = ef c G T max = ef c G ef σ 1 4

94 Cuando un concentrador hipotético alcance el equilibrio térmico su temperatura máxima será igual a la temperatura equivalente del Sol, es decir 5780 K, bajo la hipótesis de cuerpo negro. Cuando se alcance dicho equilibrio, el valor de ef y ef coincide, ya que el espectro con que se emite el cuerpo es exactamente igual al espectro solar. Por lo tanto se obtiene: c = σt 4 max G En el caso de la ciudad de Pachuca, la radiación solar es de 5.44 kw h/m 2 -día. Entonces, el nivel de concentración resulta: c = σt 4 max G = ( x 10 8 W. m 2. K 4 )(890 K) w h/m 2 día = 6.54

95 La energía reflejada sobre el concentrador es: G = (ρ G + τg) + αg Dónde: G = Energía radiante incidente por unidad de tiempo y de área ρ = Reflectividad τ = Transmisividad α = Absortividad Energía que entra = energía que sale + energía que se absorbe En este caso el concentrador es de aluminio y tiene las siguientes propiedades : ρ = 0.90 α= 0.10

96 Por lo tanto se tiene que: Energía que sale = Energía que entra - energía que se absorbe Energía que sale = 5440 (0.10) (5440) = 4896 W /m 2

97 Receptor (Tubo absorbedor)

98 El tubo absorbedor consta de dos tubos concéntricos separados por una capa de vacío. El interior, por el que circula el fluido que se calienta es metálico y el exterior de cristal. Cobre pintado de color negro mate vidrio

99 Efecto invernadero. El vidrio permite a la luz del sol entrar en un espacio cerrado pero no deja que se escape el calor, lo cual aumenta la temperatura dentro de ese espacio

100 Concentrador c = Área del concentrador (A C) Área del receptor (A r ) Despejando se tiene: A C = c A r Con los valores de c=6.5 y Ar=0.327 calculados anteriormente y ssustituyendo los datos A C = (6.5)( m 2 ) = 2.1 m 2

101 Podemos determinar que el área de apertura del dispositivo será: Área de apertura A a = l l a = 1.80 m 1.2 m = 2.16 m 2 Entonces, el lado recto de la parábola será de 1.2 m, con lo que la distancia focal (P) será: 1.2 m = 4 P P = m = 0.3m

102 Receptor Long. (m) Diám. Ext.(m) Diám. Inter. (m) Área (m 2 ) Concentrador Long. (m) Lado recto (m) Dist. Focal (m) Área (m 2 )

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104 SEGUIDOR SOLAR

105 PROTOTIPO

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107 Condiciones para la simulación en Ansys

108 Resultado de Ansys: temperatura en el fluido 313 C y 315 C en el tubo absorbedor

109 Temperatura de radiación obtenida: 331 C en el fluido

110 Pérdidas Pérdidas geométricas Pérdidas ópticas Pérdidas térmicas desde el tubo receptor al ambiente

111 Pérdidas geométricas Las pérdidas geométricas provocan una disminución del área efectiva de captación de los colectores a) Debidas a la posición relativa de los colectores entre sí. b) Inherentes a cada colector

112 Pérdidas ópticas

113 Reflectividad de la superficie del concentrador parabólico, ρ. 90%. Factor de intercepción, γ. 95% Transmisividad de la cubierta de cristal, τ. 94.7% Absortividad de la superficie selectiva, λ. 95% para el cobre del tubo absorbedor. Rendimiento óptico pico, n opt. n opt = ρ λ τ γ En el caso de este sistema se tiene: n opt = 0.90 (0.95)(0.947)(0.95)=0.7692

114 Pérdidas térmicas

115 Las pérdidas térmicas globales, Q L, en un sistema cilindro parabólico se calculan mediante un coeficiente global de pérdidas térmicas desde el tubo absorbente al ambiente, U L : Q L = Q abs,rad + Q abs,cond/conv = U L)abs π D o L (T abs T amb ) En donde: T abs es la temperatura media del tubo absorbente metálico, T amb es la temperatura ambiente, Do es el diámetro exterior del tubo metálico absorbente L es la longitud de dicho tubo (que coincide con la longitud del colector)

116 En el caso del colector solar se tiene una estimación de W/m abs ºC para 313 C que se obtuvieron en la simulación en Ansys Fluent. Además se tiene que: T abs = 315 C T amb = 26 C Do = m. L = 1.80 m. Por lo tanto aplicando la ecuación tendremos: 2 Q L = 3.5 π = W/m abs C

117 Rendimiento global del sistema El rendimiento global considera todas las pérdidas, tanto ópticas como geométricas y térmicas y viene dado por: n global = n opt 0 k(φ) n th Dónde: n global T = Rendimiento global n opt 0 = Rendimiento óptimo (considerando un ángulo de incidencia igual a 0 ) k(φ) = Modificador por ángulo de incidencia n th = Rendimiento térmico

118 Por tanto, con base en los datos obtenidos, se tiene que: n opt 0 = k(φ) = 1 n opt = 1 n global = (0.7692)(1)(1)=0.7692

119 Metodología Fig. 4 Análisis del Tubo receptor con ANSYS FLUENT

120 Resultados Fig. 5 Valores obtenidos

121 Resultados Fig. 6 Resultados obtenidos mediante simulación numérica

122 Resultados Se realizaron mediciones de la temperatura en el tubo absorbedor, en el concentrador y del aire ambiental, en las figuras siguientes, se observa el prototipo del concentrador solar. Asimismo se obtuvieron registros de la velocidad del aire en diferentes momentos del día. Equipo utilizado Cámara termográfica, marca. FLIR, serie T4xx Medición Temperatura en el exterior del tubo receptor Multímetro, marca. Radox modelo , acoplado con cable termopar Temperatura en el interior del tubo receptor Termopar de Tipo K/J 1600 Temperatura del aire ( C) Termoanemómetro de aletas 1600 Velocidad del aire (m/s)

123 Resultados Fig.7 Prototipo del concentrador solar Fig. 8 Temperatura en la entrada del tubo receptor, (150 C), tomada con la cámara termográfica, marca. FLIR, serie T4xx

124 Resultados Fig. 9 Temperatura en la entrada del tubo receptor, (77.7 C), tomada con la cámara termográfica, marca. FLIR, serie T4xx

125 Resultados Fig. 10 Temperatura alcanzada en el interior del tubo receptor (376 C), medida con un termopar conectado a un multímetro, marca Radox modelo

126 Comentarios Anteriormente a estas mediciones, se realizó una simulación en ANSYS FLUENT obteniendo temperaturas en el fluido de 313 C y 350 C en el tubo absorbedor, con una pérdida de energía de W/m 2 C [7]. Por lo anterior, las mediciones experimentales realizadas tienen una congruencia aceptable con los cálculos analíticos y numéricos presentados en la investigación referida, tomando en cuenta que la temperatura máxima registrada de 376 C en el interior del tubo se hizo sin el fluido de trabajo (agua) utilizado en la simulación referida.

127 El rango de temperaturas obtenidas hasta el momento en el prototipo aseguran la producción de vapor suficiente para accionar una turbina acoplada a un generador eléctrico y obtener electricidad a partir de energías conocidas como verdes, en este caso la energía solar. En cuanto a la capacidad de la turbina y la ganancia obtenida en el alternador, dependerá del diseño específico de estos dos equipos, con base en los resultados completos de esta fase del proyecto.

128 El prototipo del concentrador solar cilindro parabólico cumple cuantitativamente con los beneficios de de aprovechar de manera eficiente la energía solar mediante un dispositivo termosolar para generar energía eléctrica a mediana escala. La temperatura registrada en el interior del tubo receptor (376 C), es aceptable para asegurar la producción de vapor con el fluido que se haga circular en el interior y permite validar el cálculo de las pérdidas de energía que resulta de W/m2 C.

129 Estos resultados están en concordancia con las temperaturas obtenidas mediante análisis numérico para el tubo absorbedor y el fluido que circula en su interior (350 C y 313 C, respectivamente). La segunda fase del proyecto contempla la realización de pruebas experimentales con el fluido de trabajo (agua y aceite). Estos experimentos permitirán la validación de los resultados analíticos y aquellos obtenidos con la simulación realizada en ANSYS, para complementar el estudio.

130 Referencias [1] Balance Nacional de Energía 2013, Secretaria de Energía (SENER). [2] Prospectiva del Sector Eléctrico Secretaria de Energía (SENER) [3] Rojas, de Andrés, & González, L. (21 May 2007). Designing capillary systems to enhance heat transfer in LS3 parabolic trough collectors for direct steam generation (DSG). ELSEVIER, 1-28 [4] Kalogirou, S. Solar Energy Engineering. Cyprus Univ. of Technology. Hardbound, (2009). ISBN 13: Academic Press. [5] Echevarría López, C. A. (2011). Diseño de un colector cilindro parabólico compuesto con aplicación para el calentamiento de agua. Piura, Perú. [6] Miranda Miranda, U., & Saldaña Flores, R. (s.f.). Evaluación del potencial energético de los recursos renovables en el Estado de Hidalgo, México. Reporte, Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de energías no convencionales, México, D.F. [7] Gómez Mercado, A., Aguilar Flores, N. R., & Rodríguez Castillo, M. E. (25 al 27 de Septiembre de 2013). Concentrador solar para generación de energía eléctrica en el ITP. (SOMIM 2013) (ISBN ).

131 GRACIAS POR SU ATENCIÓN