El Horno Solar de Alto Flujo Radiativo (HoSIER) es un instrumento que usa la energía solar concentrada tanto para investigación básica, aplicada y desarrollo tecnológico, como para el estudio de varios procesos industriales y el desarrollo de componentes de tecnologías para la generación termosolar de potencia eléctrica, entre otros.
El HoSIER busca brindar un laboratorio donde se puedan diseñar, probar, analizar y producir nuevos materiales, sinterizado o degradación de compuestos, combustibles de bajo impacto ambiental (como Hidrógeno), así como, probar y evaluar propiedades de diferentes fluidos de trabajo, dispositivos aplicados a procesos termodinámicos como receptores y reactores fotoquímicos, todos estos sujetos a altos flujos radiativos y/o temperaturas elevadas del orden de 3400 C. De esta manera se busca dar servicios a institutos de investigación, universidades y diferentes ramas de la industria tales como la química, la cerámica, la metal-mecánica, de altos hornos, eléctrica (producción de electricidad), entre otras.
Helióstato H81
El diseño y construcción del Helióstato H81, fueron llevados a cabo por el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE). Las dimensiones del helióstato son de 9m x 9m y su superficie reflectora está conformada por treinta espejos planos de segunda superficie de 6 mm de espesor, con dos grupos de espejos con dimensiones diferentes: un grupo de 20 espejos con dimensiones de 1.8 x 1.3m y 10 espejos de 1.8 x 1.9m. Los espejos se encuentran agrupados en 6 filas (en dirección este-oeste) y 5 columnas (en dirección norte-sur). Los 10 espejos de mayor dimensión pertenecen a las 2 filas centrales del helióstato, mientras que el resto de los espejos están ubicados en las primeras y últimas dos filas.
Concentrador
El diseño óptico del HoSIER, genera una potencia térmica de 30 KW, con flujos radiativos picos de 18,000 soles (aproximadamente 18,000 kw/m2) y una mancha solar menor o igual a 10 cm de diámetro.
Atenuador
Para el control de la potencia concentrada por el HoSIER en la zona focal del concentrador, se emplea un atenuador que bloquea una parte proporcional de la radiación solar reflejada por el helióstato y que pasa por la apertura del recinto donde se aloja el concentrador. El área bloqueada por el atenuador requirió ser caracterizada, para con ello generar un programa de control que automatiza la apertura proporcional del atenuador y por consiguiente la regulación en igual forma de la potencia concentrada.
Mesa experimental
Se diseñó y construyó una mesa sobre la cual se montan los dispositivos experimentales. La mesa tiene la capacidad de proporcionar un movimiento con precisión de una décima de milímetro en cualquiera de las tres direcciones. Esto posibilita tener un gran control en el posicionamiento de los receptores/reactores en la zona focal del HoSIER.
Sistema de control SCADA
El sistema de control del HoSIER permite controlar todas y cada una de sus componentes; la cortina, el atenuador, el helióstato, la mesa con movimiento tridimensional, el sistema de refrigeración, así como tomar datos de los diversos sensores ubicados en los dispositivos experimentales, y de las estaciones solarimétrica y meteorológica. El sistema de control central se coordina a través de lo que se denomina una maquina de estados, la cual manda llamar a los principales sistemas del HoSIER de uno en uno o en conjunto, sin que exista interferencia en el procesamiento a la hora de la ejecución de cada uno de los programas. Esto se hizo de esta manera para tener gran versatilidad. Este sistema de control se ejecuta a través de un sistema SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos por sus siglas en inglés) en el cual se presentaran todos los subsistemas del HoSIER, a saber:
- Helióstato: Selección del tipo de control de seguimiento que se desea ejecutar, arranque y paro, ajuste del offset del seguimiento y paro de seguridad.
- Atenuador: Control de la apertura y cierre regulada del atenuador.
- Sistema de adquisición de datos (DAQ): adquisición de parámetros experimentales (temperatura, presión, caudal, radiación, etc.)
- Adquisición de imágenes de los experimentos y su procesamiento para determinar la distribución de radiación que se encuentra en la zona focal del HoSIER.
- Mesa de coordenadas, que posiciona los experimentos dentro y fuera de la zona focal.
- Control del sistema de refrigeración: encendido y paro de las bombas de refrigeración.
