Investigando el efecto volumétrico en medios porosos metálicos: proyectos SOLGEMAC y ALCCONES

Autores: Jesús Fernández-Reche, Antonio Ávila-Marín. CIEMAT-Plataforma Solar de Almería

Los receptores volumétricos supusieron, allá por los años 90, una alternativa prometedora a los típicos receptores de tubos empleados en la tecnología solar de receptor central hasta esa fecha. En primer lugar porque abría la tecnología al empleo de aire (u otros gases) como fluido refrigerante en este tipo de sistemas, ampliando las temperaturas de operación hasta los 1000 ºC, mientras que en los sistemas que emplean agua/vapor o sales fundidas se encuentra limitada a temperaturas inferiores a los 600 ºC.

Por otro lado, el proceso de intercambio térmico entre el material absorbente y el fluido refrigerante presenta ciertas diferencias respecto a los receptores tubulares, permitiendo una mayor eficiencia en dicho intercambio, al menos desde el punto de vista teórico:

  1. El proceso de intercambio de calor entre el medio metálico y el fluido se produce en la misma superficie, no está presente el proceso de conducción de calor entre la cara externa e interna los receptores tubulares. Esto hace que la diferencia de temperaturas entre metal y fluido sea muy pequeña, permitiéndose alcanzar en el fluido temperaturas muy altas y similares a las temperaturas del absorbedor (Fig.1).
  2. Por otro lado, la absorción de la radiación no se produce únicamente en la superficie externa del receptor, sino que se absorbe en un volumen a distintas profundidades. Esto hace que las temperaturas máximas, tanto del fluido como del material absorbedor se produzcan en el interior del absorbedor, minimizando considerablemente las pérdidas térmicas por radiación en estos receptores (Fig.1).

Fig. 1. Intercambio de calor en receptores tubulares (izda.) y volumétricos (drcha.)

En la mayoría de prototipos ensayados hasta la fecha (en la PSA se han ensayado más de 20 prototipos diferentes), este efecto volumétrico teórico no se ha corroborado experimentalmente, alcanzando dichos prototipos eficiencias menores a las predichas teóricamente, incluso en los rangos de temperatura de 500-600 ºC.

Es por todo esto, que CIEMAT-PSA empezó hace más de 5 años a investigar cuales son los parámetros del medio poroso absorbente (porosidad, tamaño de hilo, grosor,…) que afectan en mayor medida al efecto volumétrico (Fig.2); y que geometrías son las que consiguen una mayor eficiencia en el proceso. Para ello, y dentro de los proyectos SOLGEMAC y más recientemente ALCCONES (ambos financiados por la Comunidad de Madrid), se abordó el problema desde dos vertientes complementarias:

  1. Por un lado, construyendo un modelo de intercambio radiativo/convectivo que nos permita, una vez parametrizado el absorbedor, poder analizar la influencia de dichos parámetros en el efecto volumétrico y como optimizar el diseño o la geometría de este tipo de absorbedores.
  2. Y por otro, equipando un laboratorio con sendos simuladores solares que nos permitan corroborar experimentalmente los modelos teóricos desarrollados.

 

Fig. 2. Absorbedores ensayados en los simuladores solares y modelado geométrico de los mismos para el análisis CFD del proceso.

Los primeros resultados obtenidos en los simuladores nos han permitido corroborar la validez de los modelos desarrollados, de manera que, en este momento, nos encontramos en disposición de simular fácil y rápidamente decenas de configuraciones geométricas diferentes, apilamientos de distinta porosidad, distintos tamaños de hilo, profundidades de absorbedor, etc.

Una vez identificados los resultados más prometedores, se ensayaran en los simuladores solares existentes con el objeto de corroborar experimentalmente los resultados y, posteriormente, una serie de prototipos a escala se ensayaran en el horno solar de la PSA bajo radiación solar concentrada y en condiciones reales de operación.

Etiquetas:

Si te gustó esta entrada anímate a escribir un comentario o suscribirte al feed y obtener los artículos futuros en tu lector de feeds.

Comentarios

Aún no hay comentarios.

(requerido)

(requerido)


*