Estudio y Evaluación de Parámetros de funcionamiento para la Tecnología Fresnel Lineal de Concentración

Thesis

Summary *

Este trabajo de tesis está orientado al estudio de parámetros de importancia para el funcionamiento en un Concentrador Fresnel Lineal (Linear Fresnel Concentrator, LFC). Los análisis propuestos y los resultados encontrados son, en su mayoría, generales. Como caso específico, se consideraron las condiciones constructivas y de funcionamiento de un prototipo LFC de pequeña escala (173 m2 de área de reflectores) instalado en la localidad de San Carlos, Salta.Los dos grandes temas abordados en este trabajo de investigación han sido: el estudio de aspectos ópticos de importancia en el desempeño del LFC y el análisis termodinámico del fluido de trabajo, para describir el comportamiento térmico e hidrodinámico del mismo. Dentro de los objetivos específicos, se ha desarrollado y puesto en funcionamiento un sistema de seguimiento automatizado para el campo reflector, en función de la posición aparente del sol y la geometría constructiva del LFC. El algoritmo propuesto (aún de lazo abierto) responde adecuadamente a los requerimientos de precisión demandados por esta tecnología de concentración. Debido a la no disponibilidad de información con respecto a estrategias de seguimiento, el sistema seguidor propuesto es novedoso en cuanto a su formulación y aplicación.Se estudió la reflectancia de materiales especulares para ser usados en el LFC, esto incluye tanto los materiales del campo reflector como las cubiertas transparentes para la cavidad absorbedora. En este estudio, de índole experimental, se han empleado espectrofotómetros (espectro solar) y una cámara termográfica (espectro infrarrojo lejano) para determinar esta propiedad en un amplio rango de longitudes de onda. El estudio en el rango infrarrojo, para el que se desarrolló un método especial de medida, es un aspecto novedoso con importantes aplicaciones en otras áreas de eficiencia energética.La eficiencia de un LFC de pequeña escala se ve afectada por un efecto óptico (aquí denominado longitud desplazada) por el cual un porcentaje de la irradiancia directa reflejada no es interceptada por la cavidad absorbedora, perdiéndose por los extremos de la misma. Este efecto fue cuantificado y estudiado con detalle, siendo la geometría constructiva del LFC, su emplazamiento geográfico y la época del año, factores de importancia en su determinación. Las ecuaciones matemáticas obtenidas permitieron cuantificar el fenómeno de manera instantánea y obtener valores promedios diarios y/o anuales. Se presentó una relación matemática simple y de utilidad como herramienta de diseño para sistemas LFC. Ésta permite determinar, en promedio anual, los metros de absorbedor que no recibirán ganancia directa de radiación y puede aplicarse a cualquier LFC. También, se han obtenido resultados experimentales para corroborar las predicciones del modelo propuesto. Mediante el estudio de los procesos físicos que tienen lugar en un flujo de dos fases, condición típica de flujo en sistemas solares de generación directa de vapor, se desarrolló un modelo estacionario del tipo hidro-térmico. De esta manera, se puede estimar el estado energético del fluido en cualquier punto del circuito hidráulico. Éste código computacional incluyó todos los resultados obtenidos en la tesis y permite determinar, de manera instantánea, el estado termodinámico del fluido, eficiencias térmicas y potencia térmica generada, entre otros parámetros. Las simulaciones en términos diarios, mensuales y anuales están fuera del marco de esta tesis y forman parte de las actividades postdoctorales futuras.La contribución de esta tesis resultó de importancia para describir, desde el punto de vista energético, el funcionamiento del LFC. Se han aportado datos experimentales, herramientas de análisis computacional y soluciones para mejorar el desempeño del prototipo. Information provided by the agent in SIGEVA