Abstract

In this work, the seasonal and yearly optical performance of supported catalyst CPC solar photocatalytic reactors has been theoretically analyzed. A detailed model for the optical response of the anatase catalyst films is utilized, based on the characteristic matrix method, together with Monte Carlo ray tracing simulations. The catalyst is supported over glass tubes contained inside a larger glass tube that functions as receiver of the CPC reflector. Arrangements with four, five, and six tubes are considered. Overall, the four-tube scenario presents the worst performance of all, followed by the five-tube case. In general, the six-tube configuration is better. Nevertheless, important differences can be observed depending on the specific arrangement of tubes. The six-tube case surpasses the absorption rate of all the other configurations when the distance between tubes is extended. This configuration exhibits 27% increased yearly energy absorption with respect to the reference case and 47% with respect to the worst case scenario.

Abstract

The importance of solar tracking systems lies in the need to optimize the amount of solar radiation on solar collectors of different types. In this work, the monthly mean daily irradiation was analyzed on a flat surface of unitary area, under different tracking schemes of the Sun, by means of the use of a numerical model. For this purpose, solarimetric data was obtained from some stations of the new Mexican Solarimetric Network, the solar irradiance incident on a flat horizontal plate was calculated. Also, the movement of some tracking systems was carried out in steps with different time intervals in order to compare it with their respective continuous movement. It was found that stepped movements report yearly incident solar irradiation values above 98% respect to continuous movement in the widest interval.

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Heliostats are critical components of solar tower technology and different strategies have been proposed to reduce their costs; among them diminishing their size to reduce wind loads or linking nearby heliostats mechanically, to reduce the overall number of actuators. This document aims to describe the development of a linked array of mini-heliostats which move together in an elevation–Fresnel configuration. This configuration consists of an array of mirrors rotating around linked parallel axes, in a linear Fresnel style with an added elevation mechanism allowing all axes to incline simultaneously in the plane North–South–Zenith; that is equivalent to an array of N linked mini-heliostats moved by only two drives instead of 2N. A detailed analytical study of the Sun-tracking performance of this kind of heliostat arrays was carried out, and an 8-mirror prototype based on optical and mechanical analyses was designed, built and tested. Even though the mirrors are flat, the array produced a rather compact radiative flux distribution on the receiver. The flux distribution is compatible with a slope error of the order of 1 mrad. Peak and mean concentration ratios reached 6.89 and 3.94, respectively

Abstract

Reticulate porous ceramic reactors use foam-type absorbers in their operation which must fulfill two essential functions: favoring the volumetric effect and increasing the mass and heat transfer by acting as a support for the reactive materials. Heating these absorbers with highly inhomogeneous concentrate irradiation induces high thermal gradients that affect their thermal performance. Owing to the critical function of these component in the reactor, it is necessary to define a selection criterion for the foam-type absorbers. In this work, we performed an experimental and numerical thermal analysis of three partially stabilized zirconia (PSZ) foam-type absorbers with pore density of 10, 20, and 30 PPI (pores per inch) used as a volumetric absorber. A numerical model and an analytical approximation were developed to reproduce experimental results, and calculate the thermal conductivity, as well as volumetric heat transfer coefficient.

The results show that an increase in pore density leads to an increase in the temperature difference between the irradiated face and the rear face of the absorber, this occurs because when pore density increases the concentrated energy no longer penetrates in the deepest space of the absorber and energy is absorbed in areas close to the surface; therefore, temperature gradients are created within the porous medium. The opposite effect occurs when the airflow rate increases; the temperature gradient between the irradiated face and the rear face is reduced. This behavior is more noticeable at low pore densities, but at high pore densities, the effect is less relevant because the internal structure of porous absorbers with high pore density is more complex, which offers obstructions or physical barriers to airflow and thermal barriers to heat transfer.

When the steady state is reached, the temperature difference between the two faces of the absorber remains constant if the concentrate irradiation changes slightly, even changing the airflow rate. The results obtained in this work allow us to establish a selection criterion for porous absorbers that operate within solar reactors; this criterion is based on knowledge of the physical properties of the porous absorber, the environment, the working conditions, and the results expected.

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La presente invención se refiere a un sistema de transmisión mecánica de movimiento angular sin juego o ``backlash´´, cuya disposición mecánica de sus elementos garantiza que no existan errores de precisión. Así mismo, es libre de lubricación, mantenimiento, ajuste y calibración constante debido a los elementos mecánicos que lo componen. También, la presente invención se refiere a un cabezal, mediante el sistema de transmisión mecánica de movimiento sin juego para generar movimiento mecánico tanto acimutal como de elevación, en el cual se puedan montar o acoplar: paneles solares, helióstatos, sistemas de telecomunicaciones, instrumentación astronómica (telescopios) o cualquier aparato o sistema que requiera de movimiento de precisión para su operación. Así mismo, la presente invención se refiere a un sistema de transmisión mecánica de movimiento sin juego libre de engranes.

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La presente invención se encuentra relacionada con las técnicas y principios utilizados para la obtención de materiales y sustancias luminiscentes, y más particularmente, está relacionada con un método de síntesis para la obtención de carbón activado dopado con nanopartículas fluorescentes de sulfuro de calcio (CaS), las cuales son formadas in situ sobre la superficie del carbón, obteniendo así un material con propiedades luminiscentes.

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La presente invención corresponde al campo de los dispositivos para captar energía solar, pues se trata de un seguidor solar de dos ejes impulsado por mecanismos de cadena con geometría guiada, el cual está conformado por una estructura que se mueve sobre dos ejes de rotación y sobre la cual se pueden instalar paneles solares fotovoltaicos o superficies reflectivas (espejos) para ser utilizado como un helióstato. Dicha estructura posee una articulación de tipo cilíndrica, que la une a la sección superior de un poste principal; dicha sección gira en un eje vertical concéntrico al poste principal, el cual esta fijo sobre el suelo. Para efectuar el movimiento en el eje de elevación, la estructura se conecta en dos puntos (uno de cada lado del eje), con una cadena. El mecanismo de movimiento de elevación que acciona la cadena se encuentra montado sobre la parte superior del poste principal, la cual rota sobre el eje del poste principal. El seguidor está elaborado a partir de mecanismos.

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La presente invención tiene como aplicación sistemas de seguimiento solar mediante un sistema de control de seguimiento con retroalimentación de un sensor electrónico y/o óptico.

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En el año 2015 se llevó a cabo la Conferencia de las Partes 21 (COP21) donde asistieron representantes de los países integrantes de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC). Como resultado de esta conferencia surgió el Acuerdo de Paris el cual busca que todos los países tengan como causa común combatir el cambio climático.

Una de las alternativas que ayudarán a alcanzar la meta establecida en el Acuerdo de Paris, son las tecnologías de concentración solar térmica (CST, por sus siglas en inglés), las cuales se basan en concentrar la radiación proveniente del sol mediante dispositivos ópticos para su aprovechamiento.

Dentro de las instalaciones del Campo Experimental de Torre Central (CEToC), existe un dispositivo de medición de flujo de calor concentrado que utiliza la técnica de calorimetría de agua fría, el cual cuenta con un modelo numérico para validar las estimaciones teóricas de las mediciones de provistas por uno o varios heliostatos, sin embargo, el modelo numérico no cuenta con la definición de una condición de frontera constante no uniforme.

En el presente trabajo se realizó un estudio numérico de la transferencia de calor del receptor-calorímetro del CEToC con el software de dinámica de fluidos computacional comercial Ansys Fluent, en el cual a través de un análisis de imagen de la distribución de calor obtenida mediante experimentación, se estableció una condición de frontera que asemeje dicha distribución, con lo cual se mejoró la predicción numérica del modelo.

Como resultado de esta investigación, se obtuvo una menor diferencia respecto a los resultados experimentales conforme se aumenta el número de Reynolds y el número de Rayleigh, de la misma manera, en el análisis para 7 y 1 heliostatos se tuvo una diferencia absoluta global de 0.42%, y 0.17%, respectivamente.