Calentamiento de áridos de la industria asfáltica en un concentrador solar CPC

Autores: M. J. Simón-Castellano, A. López Quiroz, S. Taramona, J. Gómez-Hernández

El uso de tecnologías renovables para la generación de energía eléctrica cuenta ya con un amplio campo de desarrollo e implementación. En la industria la incorporación de estas tecnologías ha sido utilizada también principalmente para la producción de electricidad destinada al autoconsumo. Como es el caso, por ejemplo, de la planta de producción de Seat en Martorell donde se han instalado 53.000 placas solares para la producción de electricidad.

Sin embargo, algunos de los procesos industriales que son generadores directos de emisiones de gases contaminantes, no se han visto afectados por este gran desarrollo. La sustitución de quemadores, principales consumidores de combustibles fósiles, por tecnologías sostenibles con el medioambiente, disminuiría notablemente la cantidad de emisiones liberadas a la atmósfera. Esto contribuiría a cumplir con los objetivos de sostenibilidad establecidos a nivel mundial.

Una de las industrias con alto consumo de combustibles fósiles y altas emisiones de gases contaminantes es la industria asfáltica. El asfalto se compone de áridos, piedras de pequeño tamaño, arena de relleno y betún, un compuesto proveniente del petróleo. Estas fracciones son calentadas hasta altas temperaturas para, una vez mezclado, asegurar su fluidez y hacer posible su utilización. En las plantas de producción de asfalto, las partículas son calentadas a través de hornos rotatorios. Se estima que la energía utilizada para la construcción de las carreteras es equivalente a la consumida por el tráfico que va a circular por ellos entre el primer y segundo año de utilización. Por otro lado, las emisiones de CO2 generadas variarán típicamente entre 124,22 – 372,671 t/Km.

Los autores de esta comunicación han realizado una campaña experimental estudiando el calentamiento de los áridos utilizados en plantas asfálticas a bajas concentraciones. Para ello, se ha diseñado y construido un concentrador solar de parábola compuesta (Compound Parabolic Concentrator en inglés). Este concentrador solar consta de una estructura base de perfiles de aluminio, cuatro costillas de metacrilato incoloro para sustentar y dar forma a las parábolas laterales y, por último, las hojas reflectantes de las parábolas. Estas han sido construidas a través de chapas de aluminio sobre las que se han adherido unas chapas de aluminio pulido efecto espejo de alta reflectividad.

Figura 1. Concentrador solar CPC

En la Figura 2 se muestra la irradiancia medida por el radiómetro en el transcurso de un experimento. Al tratarse de un dispositivo de seguimiento solar, el flujo de concentración sobre la superficie del receptor varía en función del tiempo.

Figura 2. Flujo de calor sobre el receptor solar (17 mayo 2021)

El receptor solar se instala entre ambas hojas reflectantes del concentrador. Este receptor aloja una capa de arena de 7,5 cm de espesor con termopares para medir su calentamiento. La Figura 3 se observa el proceso de calentamiento para cada termopar. La temperatura máxima alcanzada es de 76 ºC en el minuto 40 por el termopar TC1 situado en la superficie del centro de la capa de arena.

Figura 3. Evolución de las temperaturas en la capa de arena del receptor solar (17 mayo 2021)

Estos resultados preliminares han permitido analizar el comportamiento del proceso de calentamiento de arena a bajas concentraciones solares. Esto nos permite estudiar la evolución de las propiedades del lecho poroso, implementando nuevos diseños que mejoren el proceso de transferencia de calor desde la superficie hacia el interior del lecho. Futuros trabajos plantearán nuevos diseños de receptores solares a mayores concentraciones solares para estudiar su integración con procesos industriales a escala comercial.

Contacto

Jesús Gómez Hernández, Investigador del grupo UC3M-ISE del Programa ACES2030-CM.

Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero Álvarez. IMDEA Energía

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