Abstract

En este trabajo de tesis se presenta el desarrollo de los subsistemas y componentes necesarios para lograr el funcionamiento y para la evaluación de un concentrador solar de tipo cilíndrico parabólico. De tal manera que se realiza para cada uno de estos subsistemas un desglose, en el cual se muestra y describe el diseño, el funcionamiento, la metodología seguida, la puesta en marcha de cada uno y la evaluación de estos.

Como principales secciones de este trabajo se presentan el sistema de control para el seguimiento solar, la caracterización óptica del sistema, el modelo numérico para su comportamiento térmico e hidrodinámico, y la experimentación del sistema completo para lograr la validación del modelo matemático. En cada uno de estos apartados se explica a detalle el desarrollo del sistema, así como los componentes usados y los resultados obtenidos.

En el sistema de seguimiento se desarrolló un sistema de control capaz de cambiar entre tres transductores para la realización del seguimiento, que a su vez cuenta con tres diferentes modos de operación; como son, el modo automático, modo libre y modo manual. A su vez, se hizo la evaluación de estos tres transductores, llegando a la elección de uno como el de mejor respuesta (acelerómetro). Finalmente, se hace una mejora con la implementación de una mirilla, la cual trabaja en conjunto con cualquiera de los otros tres transductores, haciendo así menor la deriva en el sistema de seguimiento de la trayectoria aparente del Sol.

En la caracterización óptica del canal parabólico, se determinó un error óptico global, el cual sería usado posteriormente para el modelado numérico. La obtención del error óptico global del sistema de concentración solar parte de una comparación de perfiles de distribución de flujo radiativo concentrado. El perfil de distribución de flujo teórico se obtiene de un modelado de trazado de rayos, mientras que los perfiles reales fueron medidos experimentalmente usando dispositivos que permitieron hacer dichas mediciones sobre el eje focal del sistema. Ambos perfiles de distribución de flujo radiativo concentrado fueron obtenidos sobre un plano receptor con características de blanco Lambertiano.

Para el modelado numérico se empleó el método de volúmenes de control, con el fin de conocer el comportamiento térmico e hidráulico del fluido de trabajo en el arreglo del tubo absorbedor, así como en cada uno de los componentes de este. Una de las contribuciones al modelo es el acople de la respuesta de un modelo de trazado de rayos, teniendo como punto de partida a la distribución de flujo incidente sobre el tubo absorbedor para así poder conocer la influencia de esta sobre la respuesta del sistema completo. Los resultados obtenidos en cada uno de los subsistemas y para el sistema en conjunto indican que el dispositivo usado requiere de varias mejoras, no así los sistemas desarrollados, por lo que es posible decir que lo desarrollado de este trabajo es de utilidad. Por lo que, como siguiente paso se tiene el mejoramiento del dispositivo de concentración solar, sobre todo en la parte de manufactura.