Colectores solares cilindro parabólicos (CCPs)

Colectores solares
cilindro parabólicos
(CCPs)
COLECTORES SOLARES
CILINDRO PARABÓLICOS
(CCPS)
Primera edición
Enero, 2012
Lima - Perú
PROYECTO LIBRO DIGITAL
PLD 0524
Editor: Víctor López Guzmán
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Lima - Perú
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.
• E l p e r s o n a l d o c e n t e j u g a r á u n r o l d e t u t o r, f a c i l i t a d o r y c o n d u c t o r d e p r o y e c t o s
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
COLECTORES SOLARES CILINDRO PARABOLICOS
(CCPs)
COMPONENTES
PRINCIPALES DE CCPs:
- Reflector cilíndrico
parabólico
- Tubo absorbente
- Sistema de seguimiento
.
del sol
- Estructura metálica
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
CARACTERISTICAS PRINCIPALES:
5
OPERAN EFICIENTEMENTE HASTA 450 °C
5
BAJA CAIDA DE PRESIÓN
ABSORVENTE
5
EL FLUIDO DE TRABAJO USADO DEPENDE
TEMPERATURA QUE SE QUIERE ALCANZAR:
A TRAVES DEL TUBO
menor de 200 °C: agua desmineralizada
200 °C < T < 450 °C5: aceites sinteticos
Temp. Máxima 300 °C : Santotherm 55
Temp. Máxima 400 °C : Monsanto VP-1:
Temp. Máxima 425 °C: Syltherm 800:
DE
DIFERENTES TIPOS DE ESPEJO
TUBO ABSORBENTE
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.
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.
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.
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 EsteOeste o Norte-Sur, aunque se podrían utilizar
también orientaciones intermedias.
MECANISMOS DE ACCIONAMIENTO PARA
EL SEGUIMIENTO DEL SOL
DIMENSIONES DE UN COLECTOR CILINDRO
PARABOLICO MODELO ACUREX
DIMENSIONES DE UN COLECTOR CILINDRO
PARABÓLICO MODELO LS3
DIFERENTES TIPOS DE ACOPLAMIENTO ENTRE
COLECTORES CCP
PARAMETROS BASICOS DE UN CCP
1. RAZON DE CONCENTRACIÓN (C): C = 4 A / π D2 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.
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.
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
B)
Aquellas inherentes a cada colector
El área de colector que
se pierde Af :
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
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.
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:
RENDIMIENTO DE UN CCP
ηopt,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).
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 ηopt,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.).
RENDIMIENTO DE UN CCP
ηth
:considera todas las pérdidas térmicas que tienen lugar en el
colector.
ηglobal
: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.
ηglobal = ηopt,0° . K . ηth =
RENDIMIENTO GLOBAL DE UN CCP EN
FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA, PARA φ = 0°
CALCULO DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA φ EN
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).
Ecuación para el cálculo de φ para un
CCP con eje de rotación horizontal,
orientado Norte – Sur:
ESQUEMA DE UNA CENTRAL TIPO CILÍNDRICO PARABÓLICO
TECNOLOGÍA DEL COLECTOR SOLAR CILÍNDRICO
PARABÓLICO
SISTEMAS DE TUBERÍAS CALOPORTADORAS
VISTA SOL - CONCENTRADOR
CAMPO DE COLECTORES CILINDROS
PARABÓLICOS
VISTA DEL TUBO ABSORBEDOR
Campo de colectores cilindro
parabòlicos
Campo de colectores CCP y sistemas de
tuberìas caloportadoras
LIMPIEZA DE COLECTORES CCP
Vista del campo solar del lazo DISS en
funcionamiento . PSA - ESPAÑA
Universidad Nacional Asociación Peruana Universidad Nacional
San Antonio Abad del de Energía Solar
de Ingeniería
Cusco
(APES)
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, 26 - 27 de abril de 2004
Auspician
Editado por:
Manfred Horn
Juan Rodriguez
Patricia Vega
Salir
Ministerio de Industria y Turismo
Municipalidad Provincial del Cusco
Ministerio de Energía y Minas