Analysis of a solar heating industrial plant based on a parabolic dish collector

Resumen

Resumen de la tesis: Con el objetivo de reducir costes y peso e incrementar la eficiencia térmica de los colectores de disco parabólico (PDC, por sus siglas en inglés), se propone y analiza un receptor de cavidad modificado. El PDC tiene un diámetro de 4.5 m. El PDC se aplica en una planta piloto de tratamiento térmico industrial para generar vapor a una temperatura de 150 ºC. El receptor de cavidad propuesto no usa sales fundentes debido al diseño de laberinto del interior de la cavidad. El rendimiento en la absorción de la radiación solar del receptor de cavidad propuesto se estudia con un modelo de trazado de rayos. Se encuentra que el receptor puede ser desplazado en un intervalo alrededor del foco de la parábola sin que varíe prácticamente la radiación absorbida. Se analiza el interior de la cavidad con un modelo CFD para diferentes situaciones de velocidad de flujo másico del fluido caloportador (HTF, por sus siglas en inglés) y para una temperatura fija de 150 ºC. Se usa una distribución precisa del flujo de radiación en las paredes, calculada en análisis previos para un EDNI dado. Se encuentra que el receptor de cavidad propuesto tiene zonas de baja velocidad del HTF, lo que genera picos de alta temperatura. El rendimiento térmico del PDC durante un año meteorológico típico (TMY, por sus siglas en inglés) se estudia para tres receptores diferentes: el receptor de cavidad propuesto (OCR), un receptor plano equivalente (FPR), y el receptor de cavidad propuesto con una cubierta de cristal (CCR). Para calcular la eficiencia térmica media anual, se desarrolla un modelo compartimental del sistema. Los resultados muestran que en comparación con el FPR, el OCR da una mejora de 5%-7%, pero el CCR da una mejora significativa de 17%-20%. Y, además, las temperaturas alcanzadas por el FPR son significativamente más altas que la alcanzadas por el OCR y el CCR. Por sí mismo, esto puede ser un factor de rechazo del FPR en la práctica (como en el caso considerado en este trabajo donde el límite de temperatura del HTF es 350 ºC). Finalmente, se diseña una planta solar simple para el uso de la energía solar obtenida en el PDC en la cogeneración de vapor a 150 ºC en una planta piloto industrial de tratamiento térmico. La integración de sistemas se hace en las calderas. Para la cogeneración, se usa una caldera solar en paralelo con la caldera eléctrica existente. Las dos calderas se conectan a la línea principal de vapor de la planta. La planta se regula para satisfacer una demanda constante de vapor. Un modelo compartimental de la planta solar y de la planta piloto se usa para estimar el rendimiento durante dos días seleccionados del TMY. Se encuentra que la caldera solar suministra parte del vapor que se demanda cuando hay energía solar disponible. En particular, el flujo de vapor suministrado se mantiene constante en el nivel requerido y es la suma de los vapores generados en las calderas eléctrica y solar. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/