Modelación y simulación de un sistema de concentración solar cilíndrica parabólica para la generación de 100 kw en el departamento de la Guajira, Colombia

Para un sistema termo solar con concentradores cilíndricos parabólicos se modela el subsistema y se dimensiona la potencia del mismo, acoplado a un ciclo Rankine orgánico simple para la generación de 100 kW aproximadamente, esto con el fin de suplir la demanda eléctrica de una pequeña zona de la Gua...

Full description

Autores:: Camacho Bernal, Kevin Alexander

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2019

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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Con los parámetros de entrada para el modelado de los CCP, y con base en el captador Eurotrough ET -100 con tubos receptores Schott PTR 70, se define el fluido de trabajo para el circuito termo solar, que se utiliza en los cinco casos de análisis en los cuales se varió la geometría de los colectores. Para la fase del modelado de los CCP se definen las ecuaciones necesarias, partiendo del cálculo de la geometría para un colector y el rendimiento óptico del mismo, teniendo en cuenta los principios de la geometría solar se calculan las perdidas geométricas que definen el desempeño del colector. El calor incidente disponible define la cantidad de calor útil que se transfiere al fluido calo-portador, teniendo en cuenta las perdidas térmicas que asocian las propiedades termodinámicas del fluido. El calor útil es calculado mediante el análisis de transferencia de calor en el tubo absorbedor. De esta manera, se modela el campo completo definiendo la cantidad de colectores necesarios para una potencia térmica aproximada. Posteriormente, se analiza el sistema de potencia acoplado al sistema de colectores, definiendo las condiciones termodinámicas para cada estado del sistema, y la identificación del fluido orgánico de trabajo para el ciclo orgánico rankine (ORC), así como las condiciones termodinámicas y de operación para el mismo, finalmente se determinan diversas alternativas asociadas a la eficiencia del sistema global1. MARCO REFERENCIAL 16 1.1.1. Generalidades 16 1.1.2. Colector Cilíndrico Parabólico. CCP 17 1.1.2.1. Componentes 18 1.2.1. Ciclo Rankine Orgánico 21 1.2.2. Fluidos orgánicos 22 1.2.2.1. Tolueno 23 1.2.2.2. R134A 24 1.2.2.3. R245fa 25 2. OBJETIVOS 27 2.1 Objetivo General 27 2.2 Objetivos específicos 27 3. METODOLOGÍA 28 3.1 FASE I: Definición del caso base 28 3.2 FASE II: Modelado del campo de colectores cilíndrico parabólico 28 3.3 FASE III: Dimensionado del Ciclo Rankine Orgánico (ORC) 28 3.4 FASE IV: Análisis de resultados 28 4. MODELADO DEL CAMPO DE COLECTORES CILÍNDRICOS PARABÓLICOS 29 4.1 Geometría del colector cilíndrico parabólico 29 4.2 Pérdidas geométricas 30 4.3 Calor disponible 31 4.4 Pérdidas térmicas 32 4.5 Potencia térmica útil 37 4.6 Dimensionamiento del campo de colectores 38 4.7 Condiciones ambientales del lugar de emplazamiento 38 5. ANÁLISIS Y DIMENSIONAMIENTO DEL CICLO ORGÁNICO RANKINE (ORC) 40 5.1 Evaporador 40 5.2 Turbina 41 5.3 Condensador 42 5.4 Bomba 42 6. ANÁLISIS DE RESULTADOS 43 6.1 Modelado de los Colectores Cilíndrico Parabólicos (CCP) 43 6.2 Dimensionamiento ciclo Rankine 50 6.2 Validación de datos del Ciclo Rankine Orgánico (CCP) 54 7. CONCLUSIONES 56 8. RECOMENDACIONES 58 9. BIBLIOGRAFIA 59 10. ANEXOS 62 10.1 ANEXO A: Especificaciones técnicas del absorbedor 62 10.2 ANEXO B: Tabla de emisividades 63 10.3 ANEXO C: Propiedades del therminol VP-1 en función de la temperatura 64 10.4 ANEXO D: Propiedades del vidrio borosilicatado 65PregradoFor a thermo-solar system with parabolic cylindrical concentrators, the subsystem is modeled and its power dimensioned, coupled with a simple organic Rankine cycle for the generation of approximately 100 kW, this in order to meet the electrical demand of a small area of La Guajira With the input parameters for the CCP modeling, and based on the Eurotrough ET-100 sensor with Schott PTR 70 receiver tubes, the working fluid for the solar thermal circuit is defined, which is used in the five analysis cases in which the geometry of the collectors was varied. For the modeling phase of the CCPs, the necessary equations are defined, based on the calculation of the geometry for a collector and its optical performance, taking into account the principles of solar geometry, the geometric losses that define the performance of the collector are calculated . The available incident heat defines the amount of useful heat that is transferred to the heat-carrying fluid, taking into account the thermal losses that associate the thermodynamic properties of the fluid. The useful heat is calculated by heat transfer analysis in the absorber tube. In this way, the entire field is modeled by defining the number of collectors necessary for an approximate thermal power. Subsequently, the power system coupled to the collector system is analyzed, defining the thermodynamic conditions for each state of the system, and the identification of the organic working fluid for the rankine organic cycle (ORC), as well as the thermodynamic and operating conditions for The same finally determines various alternatives associated with the efficiency of the global systemapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaModelación y simulación de un sistema de concentración solar cilíndrica parabólica para la generación de 100 kw en el departamento de la Guajira, ColombiaModeling and simulation of a parabolic cylindrical solar concentration system for the generation of 100 kW in the department of La Guajira, ColombiaIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringOrganic Rankine CycleParabolic cylindrical manifoldReceiver tubesAbsorber tubeEnergyTechnological innovationsCentrales eléctricasCentrales de energía solarEnergíaInnovaciones tecnológicasIngeniería en energíaCiclo Orgánico RankineColector cilíndrico parabólicoTubos receptoresTubo absorbedorA. L. Galindo Noguera, L. S. Mendoza Castellanos, E. E. Silva Lora, and V. R. Melian Cobas, “Optimum design of a hybrid diesel-ORC / photovoltaic system using PSO: Case study for the city of Cujubim, Brazil,” Energy, vol. 142, pp. 33–45, 2018.A. Modi, F. Bühler, J. G. Andreasen, and F. Haglind, “A review of solar energy based heat and power generation systems,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 67, pp. 1047–1064, 2017.B. Peris, “Modelado del Ciclo Rankine Orgánico ( ORC ) a partir de datos experimentales,” no. June, 2015.C. D. E. I. Eléctrica, “TUTOR :”C. G. Bastante, “Proyecto y simulación en MatLab de central termosolar de 100 MW con tecnología de cilindros parabólicos,” Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla, 2011.C. M. Villamarín, “Departamento de ingeniería térmica y de fluidos,” p. 39, 2013.C. O. N. Concentradores, C. Parabólicos, A. Ing, and T. Arcosangel, “VICERRECTORADO DE INVESTIGACIÓN Y,” 2015.C. 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Modelación y simulación de un sistema de concentración solar cilíndrica parabólica para la generación de 100 kw en el departamento de la Guajira, Colombia

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