Tema: Proyecto de energía solar termoeléctrica (desarrollo propio)

Hola, soy nuevo en este foro asi que espero haber colocado el tema en sitio adecuado. Soy un estudiante de ingeniería técnica industrial que lleva dos años y medio construyendo, junto con dos amigos, un prototipo. Les dejo el video presentación a ver qué les parece:

YouTube - ‪Proyecto IANUS‬‎

Perdonen la calidad baja del video.

Un saludo.

Pd.: Todo cuanto hay hecho (diseño, construcción y fondos) son sólo esfuerzo nuestro, nada de ayudas de un estado "tan verde".

Estimado Ov3rm4x
He quedado impresionado con tu proyecto. Y mas aun porque no es una simple simulacion de video sino una realidad tangible. Me gustaria conocer mas detalles pero, para darte aliento y sin animo de comparar, te comento que habia una empresa en la web que ofrecia un sistema de generacion mediante una caldera a energia solar que impulsaba una turbina generadora. El sitio web no existe mas (o ha cambiado de nombre) pero sus rendimientos parecian muy prometedores. ¿Como les ha ido a Ustedes?.
Les deseo mucho exito porque la idea es buena

Hola, Ov3rm4! Muy interesante me ha parecido vuestro concepto por la ausencia de equipos de baja-media potencia, tirando de solar térmica, en el mercado. Comentarte que ando enfrascado en un proyecto de módulos de Térmico-Eléctricos para potencias de 250 kW con baja temperatura (hasta 150 ºC, Ciclo Orgánico Rankine). Por el momento el módulo de turbogenerador ya lo tengo definido pero no encuentro captadores/concentradores de REDUCIDAS DIMENSIONES capaces de proporcionar esa temperatura a un volumen constante (ya sea con aceite térmico o vapor de agua) sin necesitar cientos de metros de superficie. Quizá podamos intercambiar información al respecto, puesto que parece que tengais solucionado ese aspecto. Resto a vuestra disposición en caso de que sea de vuestro interés y aprovecho para pediros que me mantengais informado de vuestros avances en este tema. Un saludo.

P.D.- Tanto el mecanizado como el ensamblaje entero del módulo me lo hago yo.

Hola ov3rm4x,

Parece chulo el concentrador, une características de concentradores Fresnel y cilindro parabólicos con un seguimiento de dos ejes; lo que me pregunto es porque hacerlo así, teniendo un seguimiento de dos ejes, iría directamento a por un concentrador parabólico que en su punto focal tiene un motor stirling; al final el rendimiento es mucho mayor y se ahorran los costes del ciclo de vapor (estos componentes son muy caros; para producir vapor sobrecalentado tienes que disponer de un separador de vapor, necesitas "sampling" y "dosing" para controlar y mantener las propiedades del agua del ciclo, el control, sistemas de drenaje, sistema antihielo (en caso de encontrarse en un sitio donde las temperaturas pueden bajar bajo 0) etc.
Todo eso sólo sale rentable si precisamente se va a por plantas mayores, pero para plantas mayores no veo sentido de seguimiento de dos ejes porque necesita mucho terreno (y por lo cual también mucha tubería de interconexión).

Yo veo más una aplicación de producción de vapor para procesos industriales o acoplar el concentrador a un turbogenerador ORC...

Luego, ¿no es un gasto enorme de acero para la estructura?, habría que mirar como reducir las cantidades de material que se emplean.

Pero tampoco quiero criticar demasiado, me parece impresionante llevar a cabo el diseño sin depender de ayudas del estado, todo hecho sólo entre estudiantes, ¡así podéis llegar a algo!

Pues si necesitáis ayuda, yo os ofrezco echaros una mano como pueda con mi experencia en este sector.

Saludos

Estimado Hleptomane
Entiendo tus preocupaciones por por la eficiencia pero, según entendí del proyecto, contiene partes recicladas. O sea que, como proyecto academico, tiene que cumplir más de una finalidad.
De todas formas admiro que no se trata de un proyecto "para cumplir" sino de un emprendimiento de envergadura.
Aprovechando que tu te sumas a este hilo ¿No es preferible utilizar otro liquido para vaporizar, en lugar del agua?

Iniciado por ov3rm4x

Hola, soy nuevo en este foro asi que espero haber colocado el tema en sitio adecuado. Soy un estudiante de ingeniería técnica industrial que lleva dos años y medio construyendo, junto con dos amigos, un prototipo. Les dejo el video presentación a ver qué les parece:

YouTube - ‪Proyecto IANUS‬‎

Perdonen la calidad baja del video.

Un saludo.

Pd.: Todo cuanto hay hecho (diseño, construcción y fondos) son sólo esfuerzo nuestro, nada de ayudas de un estado "tan verde".

En primer lugar felicitaros por vuestro trabajo. Y ahora la crítica: La estructura metálica sobre la que descansa el reflector me parece muy fragil ante los vientos, sobre todo teniendo en cuenta el enorme voladizo que existe entre la parte alta del reflector y su soporte. Y perdonad pero tengo mis dudas de que ese proyecto sea de solo dos amigos estudiantes de ingenieria técnica

Iniciado por javierferrero

Estimado Hleptomane
Entiendo tus preocupaciones por por la eficiencia pero, según entendí del proyecto, contiene partes recicladas. O sea que, como proyecto academico, tiene que cumplir más de una finalidad.
De todas formas admiro que no se trata de un proyecto "para cumplir" sino de un emprendimiento de envergadura.
Aprovechando que tu te sumas a este hilo ¿No es preferible utilizar otro liquido para vaporizar, en lugar del agua?

Hola Javier,

No creo que tenga sentido EVAPORAR otro fluido que agua, pero calentar aceite térmico, eso si que será una opción, incluso creo que será la única opción viable. Es que el proceso de evaporación realmente sólo es controlable si el tubo absorbedor se encuentra en posición horizontal (en paralelo al suelo) así que la fase líquida se reparte bien por el tubo.
Según factor de concentración incluso podría ser una opción, colocar célualas de triple unión en la linea focal en vez del absorbedor y transformarlo en un sistema CPV.

Lo de las partes recicladas lo veo muy bien, pero dudo que todo esté hecho con materiales reciclados...

Saludos

Estimano hlebtomane
Quiero aclararte que no dije EVAPORAR sino VAPORIZAR que es transformar en gaseoso un liquido. El planteo es porque se podría, como he visto alguna vez en un sitio, construir una turbina generadora de electricidad con la presion de un generador de vapor. El problema del sol es que no permite alcanzar las temperaturas sufiecientes para que el vapor de agua tenga presion suficiente. por ello pensé que, con algun otro líquido (como el amoníaco cuyo punto de ebullicion es 35º) se podría lograr mas facilmente el objetivo. Pero no conozco lo suficiente para saber si eso es posible.

Perdona Javier,

que me había equivocado leyendo tu respuesta; en este concentrador si creo que se pueden alcanzar temperaturas suficientemente altas (estimo 500ºC) para utilizar agua como fluido; lo que pasa es lo que comenté anteriormente: que para evaporar el agua el absorbedor debería de estar en posición horizontal (como en cilindro parabólicos o Fresnel linear); como se trata de un seguimiento de 2 ejes, el tubo no se encontrará en esta posición por lo cual habría que elegir otro fluido (por ejemplo aceite térmico).
A lo que te refieres tu son turbogeneradores ORC que emplean un fluido orgánico; según temperatura el fluido empleado puede variar (para aplicaciones geotérmicas por ejemplo suele ser una temperatura de unos 100ºC); pues los turbogeneradores ORC tienen sus ventajas siempre cuando las temperaturas del medio no sean altas y/o las potencias no mayores de 2 MW. Además se pueden emplear muy bien para cogeneraciones. Para informarte más métete a la página de Turboden que es el fabricante líder de esta tecnología Turboden

Saludos

Lo primero gracias a todos por las respuestas y perdonad el tiempo en responder.

Gaas!: hablamos por privado.

Hlebtomane: empezamos esto porque pretendíamos fabricar algo barato, el empleo de espejos curvados para una óptica de disco parabólico incrementa el precio, en unas 5 veces respecto al que tenemos realizado (datos varias veces contrastados con el precio del mercado).

javierferrero: pensamos en agua como fluido de trabajo por economía, rendimiento (alta capacidad calorífica, menos caudales másicos a mover y por tanto menos pérdidas por potencias parásitas), el sistema de evaporación funciona, al igual que funciona una caldera estandard pirotubular, a excepción de las proporciones de una y otra. Si les interesa, podemos profundizar más en esto.

Ergio: No, no somos dos amigos estudiantes de ingeniería. Somos tres socios:

- Encargado de mecánica: FP de grado medio de mecánica.
- Encargado de electrónica: FP de grado superior de electrónica.
- Encargado de diseño: estudiante de ingeniería técnica industrial especialidad mecánica.

Como despedida, les aseguro que todo lo que ven ahí ha salido de nuestro bolsillo, trabajo y esfuerzo; única y exclusivamente. A propósito, les invito a verlo físicamente.

Un saludo.

Estimado ov3rm4x
Estaba interesado en generadores termoelectricos de baja potencia que no requirieran grandes concentradores de calor. Es por ello que habia preguntado por otros liquidos que pudieran utilizarse. La idea es lograr artefactos para uso residencial o para pequeños establecimientos. Lo que vosotros habeis hecho superaba. en mucho, lo deseado pero era algo valioso cuando, como dice Gaaas hay muy poco en la web al respecto.
Gracias por tu contestacion

Hola donde se podria ver.

Iniciado por ov3rm4x

Hlebtomane: empezamos esto porque pretendíamos fabricar algo barato, el empleo de espejos curvados para una óptica de disco parabólico incrementa el precio, en unas 5 veces respecto al que tenemos realizado (datos varias veces contrastados con el precio del mercado).

javierferrero: pensamos en agua como fluido de trabajo por economía, rendimiento (alta capacidad calorífica, menos caudales másicos a mover y por tanto menos pérdidas por potencias parásitas), el sistema de evaporación funciona, al igual que funciona una caldera estandard pirotubular, a excepción de las proporciones de una y otra.

Por el tema de los espejos está muy claro que son más baratos espejos planos que curvados, no obstante también se podrían colocar muchos espejos planos pequeños sobre un sustrato para que hagan la forma parabólica. También podría ser un reflector basado en aluminio o lámina delgada de otro material altamente reflectante...

Por el tema del fluido, no creo que la evaporación de agua sea tecnicamente viable. Vas a tener una mezclas de agua y vapor en el absorbedor; el agua se encontrará en la parte más baja mientras el vapor subirá a la parte alta del absorbedor; se te van a producir los siguientes problemas (entre otros):

- diferencia de temperatura alta de un punto del tubo absorbedor al otro (por la transisción de agua - vapor) debido a que el vapor refrigere mucho menos que el agua.

- golpes de agua en las subidas y bajadas de la mezcla de agua y vapor

- dificultad de controlar las condiciones del vapor (sobre todo en fases de arranque de la planta) en la salida del campo solar

- drenaje (automático) de condensados en cada punto bajo del campo solar (será 1 por concentrador) con la tubería correspondiente a un depósito de recogida, sistema de reinyección (no querrás perder el agua, ya que está preparada especialmente para el uso en la turbina)


Por ello, como comentado anteriormente, emplearía un aceite térmico como fluido para los concentradores, al no tener cambios de fase en el rango de temperaturas de operación, te quitarás todos los problemas y costes correspondientes.


Saludos

Hlebtomane, perdóneme, pero creo que está usted hablando demasiado rápido, y cuando uno habla así suele caer en errores:


- Aluminio: reflectividad máxima especular del 80% en condiciones óptimas, degradación rapidísima del pulido por la acción abrasiva del polvo y otros contaminantes atmosféricos.

- Otra lámina reflectante: si tiene como base un plástico, se carga electrostáticamente y su contaminación por polvo es increíblemente alta debido a este fenómeno.

Ambos casos han sido probados por mí.

El tema de la generación directa de vapor:

Es claro que si se pretende crear una circulación el flujo de dos fases va a ser problemático debido a estratificaciones indeseadas en los nudos "altos" del colector, más aún si es en zig-zag (eso también lo tenemos comprobado). Además el control de todo es cuando menos complicado, porque existen zonas con alta radiación que calientan una zona con vapor que ni tan siquiera puede salir al exterior, a no ser claro, que rompa una serie de columnas combinadas de agua y vapor. En fin, inviable.

El uso de aceite, que es el empleado en una cantidad muy grande de plantas comerciales de tubos parabólicos presenta, al menos, 3 grandes problemas:

- El punto de trabajo máximo: 400ºC como máximo, si se sobrepasa comienza el crackeo (fenómeno similar al que ocurre en la separación del crudo en los distintos productos, pues la base suele ser ésa). Con los nuevos recubrimientos empleados en nuestro sistema, podemos trabajar, sin problemas, a 500ºC de manera continua; por lo que 100ºC de diferencia, como sabrá, aumentan notablemente la exergía o calidad energética de la salida.

- El costo: por una parte, si se pretende que no se congele a temperaturas del entorno de los 0ºC, hemos de irnos a aceites que no son fabricados de manera muy masiva (no están implantandos en grandes CCPs). Y por otra, el sistema preciso: cambiador de calor, bomba para trabajar a esa temperatura y con un caudal muy pequeño (no se imagina lo difícil que es encontrar algo así), sistema antiicendios, piscina anticontaminación para posibles fugas del circuito y vaso de expansión.


- La complejidad añadida al sistema de control, el aumento del mantenimiento.


Volviendo al tema de la generación de vapor; no tratamos de mover ningún caudal por un largo conducto, una pequeña lámina de agua es calentada hasta la evaporación a unos 30-35 bares, de ahí se extrae por un conducto recto en la zona de máxima radiación para sufrir un ligero sobrecalentamiento que evite humedad a la entrada de la turbina. Los posibles drenados están previstos y tan sólo pueden darse en la zona de entrada a la turbina: un by-pass controlado por el centro electrónico determina su apertura para pasar los primeros gramos de vapor-agua del circuito directamente al condensador y no a la turbina.

Espero haber resuelto algunas ambigüedades.

Un saludo.

Error de envío.

Un saludo.

Estimado ov3rm4x,

Sólo quería ayudar y para ello tuve que hacer algunas preguntas y comentarios incómodos.
Respecto a las láminas ten en cuenta que lo que probaste, no habrá sido el último desarrollo, 3M, por ejemplo está lanzando una lámina flexible de altísima reflectividad (~94%)y no será el único ni el último desarrollo en esta tecnolgía. Te dejo un enlace: KW41|3M announces new Solar Mirror reflective film for CSP applications-SolarServer

No entiendo tu argumento que el control del vapor será más fácil y más barato que el control de un aceite térmico.
Te digo que ya debido a las sondas de presión con los mecanísmos correspondientes para apagar los equipos es mucho más amplio el sistema de control de un ciclo de vapor. Luego te hará falta una "steam drum" con un separador de agua/vapor incorporado y solamente para controlar el nivel del agua en el depósito tendrás tus problemas (ya verás...).
En cambio, con el aceite térmico, no se pueden alcanzar temperaturas altas. No obstante, si la aplicación del colector será una cogeneración (que es la única cosa viable que veo para esta tecnología), tendrás la potencia muy limitada y probablemente estarás debajo de 2 MWel donde de todas formas es recomendable emplear un turbogenerador ORC que como temperatura máxima (según modelo) demandará unos 315ºC (y existen aceites térmicos comerciales que pueden calentarse a más de 300ºC y a la vez no se congelan con temperaturas incluso bajo 0ºC.

Podría contarte mucho más, pero si no agradeces mis comentarios, es una pérdida de tiempo...

Saludos

Estimado Hlebtomane, el tono de mi comentario no era de molestia sino de querer aclarar ciertos conceptos (me he topado con algunos que creían poseer la verdad universal acerca de las energías renovables por haber hecho un máster...) que quizás no había explicado bien. Espero no haber resultado pedante.

Estamos investigando diversas vías de aplicación al colector, por supuesto una es el vapor y una turbina. Te aseguro que el concepto funciona y funciona bien; el problema está en la turbina, ya que algo tan pequeño (40kw térmicos, más o menos) no da para una turbina de vapor comercial. Una vía posible es, como comentas, un ciclo Rankine orgánico, pero también me resulta indeterminado el tema de la turbina: por una parte el diseño de los sistemas que he encontrado resulta sencillo (turbina centrípeta) pero no encuentro ninguna referencia acerca del posible rendimiento térmico global de este tipo de sistemas.

Si se le ocurre algo, por supuesto que estoy encantado de oir comentarios y críticas.

Un saludo.

La verdad que para unos 40 kW térmicos es muy difícil encontrar algo viable, por eso pensaba que ibais a por un campo solar compuesto por varios colectores (y por eso pensaba que hace falta mucha tubería de interconexión de los colectores). El problema es coste y rendimiento de máquinas a tan pequeña escala, pues tanto por costes como por rendimiento veo mejor reemplazar el tubo absorbedor por células fotovoltaicas de triple unión (igual incluso células cristalinas o de capa delgada) y una refrigeración activa de las células por un circuito de agua, aportando energia térmica para ACS, calefacción, refrigeración etc.

¿Qué te parece?

Suena bien, podría darme algo más de información? en fotovoltaica de concentración ando tremendamente perdido.

Un saludo.

Por el tema de las células fotovoltaicas a emplear no te puedo ayudar mucho, sé que han sacado células de triple unión con un rendimiento de 41,1% en el Fraunhofer ISE y que lo va a comercializar AZUR Space Solar Power (AZURSPACE SOLAR POWER GMBH - Welcome to AZUR SPACE Solar Power GmbH) que ya comercializan este tipo de células con un rendimiento de 35%. También existen más fabricantes de este tipo de células, te dejo otro enlace: Terrestrial Solar Cells and Receivers
No sé nada sobre los costes de las células de triple unión; Puede ser que sea más económico emplear células cristalinas o de capa fina (módulos cristalinos tienen un rendimiento de aproximadamente 15%, capa fina (tecnología CIGS) tiene un rendimiento un poco más bajo, pero es más barato y menos sensible a temperaturas altas.
Los precios de módulos cristalinos y de capa fina están en el rango de 1 €/Wp - 2,5 €/Wp, las células de triple unión serán más caras (ya que no se fabrican a una escala tan grande como los otros tipos de células).

Podrías informarte sobre los costes y propiedades técnicas (factor de concentración máximo, temperaturas máximas etc.) de las células de triple unión; ya nos dirás si interesa o no...

saludos

Sacaste el vídeo por alguna razón específica?
suena todo interesante de conocer.

Para mantener agua a 5atmosfera necesito >1000W.Para mantener aire a 5atmosfera empleo 150W.Es factible usar los 5 kilos del aire,para elevar a 50 metros el agua

podria algien :conocer si es opcionable a pequeña escala ,almacear el aire de la atmosfera a presion solar:¿Que presión adquier una bombona al sol :1 atmosfera? :son 10 metros columna de agua:¿bomba.recirculación....cambio la energia dilatacion de los gases por movimiento del agua :¿es posible?

Hola de nuevo, tras la presentación del proyecto el 29 de abril de 2011 creo que es momento de actualizar el hilo con los renders finales, fotografías y el video resumen del proyecto -éste lo colgaré mañana-.

Ahí va:
































































Como decía, mañana espero colgar el video y algo de documentación técnica.

Un saludo.

MIS SINCERAS FELICITACIONES

Vais a tener que cambiarle el nombre ya que mas que un "proyecto" es una excelente realidad