{"id":135286,"date":"2022-11-15T10:05:30","date_gmt":"2022-11-15T09:05:30","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135286"},"modified":"2022-11-15T10:05:30","modified_gmt":"2022-11-15T09:05:30","slug":"propuesta-de-un-receptor-solar-para-gases-presurizados-y-fluidos-supercriticos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2022\/11\/15\/135286","title":{"rendered":"Propuesta de un receptor solar para gases presurizados y fluidos supercr\u00edticos"},"content":{"rendered":"

Autora: Mar\u00eda Jos\u00e9 Montes (UNED)<\/strong><\/p>\n

Resumen:<\/strong> Este trabajo presenta un dise\u00f1o novedoso de receptor solar central en microcanales, para gases presurizados y fluidos supercr\u00edticos, que combina dos conceptos: en primer lugar, la configuraci\u00f3n de los paneles absorbedores, que es radial y convergente en el eje de la torre; en segundo lugar, la estructura compacta presenta una compacidad gradual, disminuyendo el di\u00e1metro hidr\u00e1ulico conforme el fluido se calienta.<\/p>\n

Abstract:<\/strong> This work presents a novel microchannel central solar receiver design for pressurised gases and supercritical fluids, which combines two concepts: firstly, the arrangement of the absorber panels, which is radial and converging on the tower axis; secondly, the compact structure presents a gradual compactness with a decreasing hydraulic diameter as the fluid is heated.<\/p>\n

El programa Gen3 para plantas termosolares [1] identifica tres tecnolog\u00edas de receptor central, todas ellas acopladas a un ciclo de potencia de CO2<\/sub> supercr\u00edtico (SCO2<\/sub>), que tienen el objetivo com\u00fan de aumentar el rendimiento global de la instalaci\u00f3n, disminuyendo el coste de la electricidad producida. Dependiendo del tipo de fluido t\u00e9rmico en el receptor, se distinguen tres l\u00edneas de investigaci\u00f3n: sales fundidas, part\u00edculas y gases. Este trabajo se centra precisamente en la \u00faltima l\u00ednea, proponiendo un nuevo dise\u00f1o de receptor solar en microcanales, para gases presurizados y fluidos supercr\u00edticos [2].<\/span><\/p>\n

El nuevo dise\u00f1o de receptor que se propone est\u00e1 basado en dos conceptos. En primer lugar, los paneles absorbedores adoptan una configuraci\u00f3n radial, convergiendo en el eje de la torre. Esta configuraci\u00f3n, conocida como STAR (Solar Thermal Advanced Receiver<\/em>) ya ha sido propuesta para receptores tubulares [3]; la novedad de este dise\u00f1o radica en que, en este caso, los paneles son estructuras compactas, que soportan mejor los altos flujos de radiaci\u00f3n sin deformaciones. En segundo lugar, la estructura de cada panel absorbedor presenta una compacidad gradual, reduci\u00e9ndose el di\u00e1metro hidr\u00e1ulico en cada paso respecto al paso anterior, seg\u00fan el fluido se va calentado. En la figura 1 se muestra un esquema del dise\u00f1o de receptor propuesto.<\/span><\/p>\n

La configuraci\u00f3n radial presenta tres caracter\u00edsticas que la hacen particularmente adecuada para gases y fluidos supercr\u00edticos. La primera caracter\u00edstica es la reducci\u00f3n de las p\u00e9rdidas t\u00e9rmicas al exterior en comparaci\u00f3n con un receptor externo convencional, al reducirse el factor de visi\u00f3n gracias a la pseudo-cavidad prism\u00e1tica formada entre dos paneles convergentes adyacentes; esta reducci\u00f3n es muy interesante si adem\u00e1s se tiene en cuenta que la temperatura de trabajo es elevada (700 \u00baC \u2013 1000 \u00baC), como es habitual cuando se trabaja con gases, ya que no presentan restricciones en lo que a temperatura m\u00e1xima se refiere. La segunda caracter\u00edstica hace referencia a que la configuraci\u00f3n radial permite que la radiaci\u00f3n solar incida sobre ambas superficies expuestas del panel absorbedor, reduciendo el gradiente t\u00e9rmico a trav\u00e9s del espesor del panel; esta disminuci\u00f3n es importante, ya que el material empleado para la estructura compacta es un acero de conductividad t\u00e9rmica limitada (alrededor de 20 W\/m\/\u00baC), lo que provoca que la diferencia de temperatura entre filas de canales paralelos sea elevada. Por \u00faltimo, la tercera caracter\u00edstica es el aumento de la superficie expuesta a la radiaci\u00f3n solar en la configuraci\u00f3n radial, comparada con un receptor externo convencional con la misma altura de panel y el mismo di\u00e1metro de torre; este aumento es necesario si se trabaja con gases y fluidos supercr\u00edticos, ya que aumenta la superficie de intercambio de calor, solventando en parte las caracter\u00edsticas t\u00e9rmicas limitadas de estos fluidos.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>
\nFigura 1. Esquema del receptor solar central en microcanales analizado en este trabajo.<\/span><\/em><\/p>\n

Respecto a la compacidad gradual, lo que permite es mejorar la transmisi\u00f3n de calor de los paneles absorbedores en aquellas zonas en las que est\u00e1 m\u00e1s comprometida la refrigeraci\u00f3n adecuada del panel, bien porque el flujo de radiaci\u00f3n solar concentrada sea mayor, bien porque las caracter\u00edsticas t\u00e9rmicas del fluido empeoren al irse calentando. En concreto, en la figura 1, el receptor est\u00e1 formado por 6 paneles absorbedores convergentes. Cada panel absorbedor presenta dos pasos, y el fluido entra por la parte inferior del panel y pr\u00f3xima al di\u00e1metro de la torre; recorre el primer paso en direcci\u00f3n vertical, invierte el sentido para recorrer verticalmente el segundo paso, y salir por la parte inferior pr\u00f3xima al eje de la torre. Como se observa en esa misma figura 1, el segundo paso presenta m\u00e1s compacidad (canales m\u00e1s estrechos) que el primer paso, lo que permite aumentar la turbulencia y mejorar la transmisi\u00f3n de calor en el segundo paso, que es precisamente el que est\u00e1 sometido a un mayor flujo de radiaci\u00f3n solar y est\u00e1 refrigerado por un fluido a mayor temperatura que en el primer paso. Al realizarse esta disminuci\u00f3n del di\u00e1metro en s\u00f3lo uno de los pasos, la p\u00e9rdida de presi\u00f3n asociada es comparativamente menor que si esta reducci\u00f3n afectase a los dos pasos.<\/span><\/p>\n

Referencias<\/strong><\/p>\n

[1] Mehos, M. et al., 2017. Concentrating Solar Power Gen3 Demonstration Roadmap (No. NREL\/TP–5500-67464, 1338899). https:\/\/doi.org\/10.2172\/1338899<\/a><\/p>\n

[2] Ho, C.K. et al., 2014. United States Patent Application 14535100, Bladed Solar Thermal Receivers for Concentrating Solar Power, Sandia Corporation.<\/p>\n

[3] Montes, M.J. et al., 2021, Receptor solar constituido por paneles absorbedores basados en estructuras compactas. Spanish Patent Application No. 202131189.<\/p>\n

Contacto<\/strong><\/p>\n

Mar\u00eda Jos\u00e9 Montes, Investigadora principal del grupo UNED-STEM del programa ACES2030-CM<\/a> \u2013 mjmontes@ind.uned.es<\/a><\/p>\n

Coordina ACES2030-CM<\/a>: Manuel Romero \u00c1lvarez. IMDEA Energ\u00eda.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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