Colectores solares cilindro parabólicos (CCPs)

Transcripción

1 Colectores solares cilindro parabólicos (CCPs)

2 COLECTORES SOLARES CILINDRO PARABÓLICOS (CCPS) Primera edición Enero, 2012 Lima - Perú PROYECTO LIBRO DIGITAL PLD 0524 Editor: Víctor López Guzmán guzlopster@gmail.com guzlopnano@gmail.com facebook.com/guzlopster twitter.com/guzlopster Lima - Perú

3 PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD) El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados. Un libro digital, también conocido como e-book, ebook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso. Entre las ventajas del libro digital se tienen: su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad), su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica), su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural), su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento), su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investigación de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras. Algunos objetivos que esperamos alcanzar: Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital. Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta. Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías. El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente. El per sonal docente jugará un rol de tutor, facilitador y conductor de proyectos

4 de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electrónicas recomendadas. Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso. En el aspecto legal: Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita. Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital. Lima - Perú, enero del 2011 El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica Víctor López Guzmán Editor

5 COLECTORES SOLARES CILINDRO PARABOLICOS (CCPs) COMPONENTES PRINCIPALES DE CCPs: - Reflector cilíndrico parabólico - Tubo absorbente - Sistema de seguimiento. del sol - Estructura metálica

6 FUNCIONAMIENTO DE LOS CCPs: El colector cilindro parabólico (CCPs), está 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

7 CARACTERISTICAS PRINCIPALES: OPERAN EFICIENTEMENTE HASTA 450 C BAJA CAIDA DE PRESIÓN A TRAVES DEL TUBO ABSORVENTE EL FLUIDO DE TRABAJO USADO DEPENDE DE TEMPERATURA QUE SE QUIERE ALCANZAR: menor de 200 C: agua desmineralizada 200 C < T < 450 C : aceites sinteticos Temp. Máxima 300 C : Santotherm 55 Temp. Máxima 400 C : Monsanto VP-1: Temp. Máxima 425 C: Syltherm 800:

8 DIFERENTES TIPOS DE ESPEJO

9 El tubo absorbente es uno de los elementos fundamentales de todo CCP, ya que de él depende en gran medida el rendimiento global del colector. TUBO ABSORBENTE El tubo absorbente de un CCP consta en realidad de dos tubos: uno interior metálico (por el que circula el fluido que se calienta) y otro exterior de vidrio.

10 MECANISMO DE SEGUIMIENTO SOLAR Para poder concentrar sobre el tubo absorbente la radiación solar, el colector CCP 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.

11 LAS DOS PRINCIPALES ORIENTACIONES DEL EJE DE GIRO DE UN CCP Normalmente, los CCPs se instalan de forma que su eje de giro queda orientado en la dirección Este- Oeste o Norte-Sur, aunque se podrían utilizar también orientaciones intermedias.

12 MECANISMOS DE ACCIONAMIENTO PARA EL SEGUIMIENTO DEL SOL

13 DIMENSIONES DE UN COLECTOR CILINDRO PARABOLICO MODELO ACUREX

14 DIMENSIONES DE UN COLECTOR CILINDRO PARABÓLICO MODELO LS3

15 DIFERENTES TIPOS DE ACOPLAMIENTO ENTRE COLECTORES CCP

16 PARAMETROS BASICOS DE UN CCP 1. RAZON DE CONCENTRACIÓN (C): C = 4 A / π D 2 L Es la razón entre el área de apertura del colector y el área total del tubo absorbedor Siendo: A : apertura del colector D : diámetro del tubo absorbedor L : longitud del concentrador parabólico 2. ANGULO DE ACEPTANCIA: Es el ángulo máximo que puede ser formado por dos rayos en un plano transversal de la apertura del colector de manera que intercepten el tubo absorbedor después de ser reflejado por los espejos parabólicos.

17 PÉRDIDAS ÓPTICAS, GEOMÉTRICAS Y TÉRMICAS EN UN CCP PÉRDIDAS ÓPTICAS: La figura muestra los cuatro parámetros que intervienen en las pérdidas ópticas de un CCP, que son: Reflectividad de los espejos, Factor de interceptación del colector, Transmisividad de la cubierta de cristal del tubo absorbente, y Absortividad del tubo receptor.

18 PÉRDIDAS GEOMÉTRICAS: Provocan una disminución del área efectiva de captación de los colectores, se dividen en dos grupos: A) Aquellas debidas a la posición relativas de los colectores entre sí Pérdidas geométricas debidas a sombras entre filas paralelas

19 B) Aquellas inherentes a cada colector El área de colector que se pierde A f : Donde: W = ancho del CCP L = longitud del CCP Fm = distancia focal media de la parábola φ = ángulo de incidencia de la radiación solar Pérdidas de final en un CCP

20 PÉDIDAS TÉRMICAS: Las pérdidas térmicas asociadas al tubo absorbente están formadas por pérdidas de calor por: Conducción a través de los soportes de los tubos absorbentes, Radiación, convección y conducción desde el tubo absorbente hacia la cubierta de cristal, Pérdidas por convección y radiación desde el tubo de cristal al ambiente.

21 PÉRDIDAS TÉRMICAS: El coeficiente global de pérdidas térmicas desde al absorbente hacia el ambiente, por unidad de área del tubo metálico del absorbente, viene dado por la expresión: Para el coeficiente global de pérdidas térmicas por unidad de área de apertura del colector, UL)col, se tiene la siguiente relación:

22 RENDIMIENTO DE UN CCP η opt,0 : considera todas las pérdidas ópticas y geométricas que tienen lugar en el colector con un ángulo de incidencia de φ = 0º: reflectividad de los espejos, transmisividad del vidrio, absortividad de la superficie selectiva y factor de interceptación (que tiene en cuenta la parte de radiación reflejada por los espejos que, por cualquier causa, no alcanza el tubo absorbente).

23 RENDIMIENTO DE UN CCP K: considera todas las pérdidas ópticas y geométricas que tienen lugar en el colector para un ángulo de incidencia de φ > 0º y que no están tenidas en cuenta por η opt,0 (pérdidas geométricas de final de colector, bloqueo de la radiación concentrada por parte de los soportes del tubo absorbente e influencia del ángulo de incidencia en la absortividad y transmisividad del tubo absorbente, y en la reflectividad de los espejos.).

24 RENDIMIENTO DE UN CCP η th η global :considera todas las pérdidas térmicas que tienen lugar en el colector. :considera todas las pérdidas, tanto ópticas como geométricas, que tienen lugar en el colector, y depende de la temperatura de trabajo, del ángulo de incidencia y de la radiación solar directa. η global = η opt,0. K. η th =

25 RENDIMIENTO GLOBAL DE UN CCP EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA, PARA φ = 0

26 CALCULO DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA φ UN CCP φ resulta imprescindible para conocer o predecir el comportamiento de un CCP, depende de las coordenadas geográficas (latitud (λ) y longitud) del lugar donde se encuentra el CCP, del día del año (declinación solar (δ) y de la hora del día (ángulo horario (w). EN Ecuación para el cálculo de φ para un CCP con eje de rotación horizontal, orientado Norte Sur:

27 ESQUEMA DE UNA CENTRAL TIPO CILÍNDRICO PARABÓLICO

28 TECNOLOGÍA DEL COLECTOR SOLAR CILÍNDRICO PARABÓLICO

29 SISTEMAS DE TUBERÍAS CALOPORTADORAS

30 VISTA SOL - CONCENTRADOR

31 CAMPO DE COLECTORES CILINDROS PARABÓLICOS

32 VISTA DEL TUBO ABSORBEDOR

33

34 Campo de colectores cilindro parabòlicos

35 Campo de colectores CCP y sistemas de tuberìas caloportadoras

36 LIMPIEZA DE COLECTORES CCP

37 Vista del campo solar del lazo DISS en funcionamiento. PSA - ESPAÑA

38 Universidad Nacional San Antonio Abad del Cusco Asociación Peruana de Energía Solar (APES) Universidad Nacional de Ingeniería X Simposio Peruano de Energía Solar Seminario Internacional sobre Tecnologías Económicas para la Descontaminación y Desinfección de Agua Cusco, 17 al 22 de noviembre de 2003 Seminario Internacional Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo Cusco, de abril de 2004 Editado por: Manfred Horn Juan Rodriguez Patricia Vega Auspician Salir Ministerio de Industria y Turismo Municipalidad Provincial del Cusco Ministerio de Energía y Minas