Concentradores solares y control adaptativo. Comparación entre el modelo parabólico lineal y el modelo Fresnel

La situación medioambiental actual es crítica, a tal punto que se deben desarrollar métodos alternativos de generación de energía que no atenten con el cuidado del medio ambiente para evitar llegar a un daño irreversible que pueda afectar de manera drástica el ecosistema terrestre. El presente traba...

Full description

Autores:
Cufiño Guerrero, Laura Liliana
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad Militar Nueva Granada
Repositorio:
Repositorio UMNG
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unimilitar.edu.co:10654/20835
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/10654/20835
Palabra clave:
CENTRALES SOLARES
TRANSMISION DEL CALOR
Solar concentrator
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linear parabolic
Fresnel model
dynamic state servo system
ray tracing
heat transfer
geometry
solar geometry
Concentrador solar
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servosistema dinámico de estados
trazado de rayos
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Rights
License
Derechos Reservados - Universidad Militar Nueva Granada, 2018
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description La situación medioambiental actual es crítica, a tal punto que se deben desarrollar métodos alternativos de generación de energía que no atenten con el cuidado del medio ambiente para evitar llegar a un daño irreversible que pueda afectar de manera drástica el ecosistema terrestre. El presente trabajo de grado pretende aportar un punto de desarrollo y comparación entre dos modelos de concentrador solar, el cilindro parabólico compuesto y el Fresnel lineal, una forma de energía térmica que reemplaza la quema de combustibles fósiles en el proceso de generación de energía en las centrales termo solares. Se realiza el estudio del recurso solar para dos ubicaciones de Colombia, Bogotá DC y Riohacha en la Guajira, a partir de la disponibilidad del recurso solar, se diseñan los modelos específicos para cada locación y se estudian los mecanismos de transferencia de calor para comprobar la capacidad térmica de cada uno para aplicaciones determinadas en la industria, finalmente se diseña un sistema de seguimiento solar basado en control adaptativo que se ajusta al punto de operación dado por el movimiento relativo solar. Se determina el tamaño de un campo de concentradores solares, tanto del modelo Fresnel con del modelo parabólico compuesto para la aplicación de una fábrica de productos lácteos en el caso de Bogotá y la para una desalinizadora para el caso de la Guajira.
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Se realiza el estudio del recurso solar para dos ubicaciones de Colombia, Bogotá DC y Riohacha en la Guajira, a partir de la disponibilidad del recurso solar, se diseñan los modelos específicos para cada locación y se estudian los mecanismos de transferencia de calor para comprobar la capacidad térmica de cada uno para aplicaciones determinadas en la industria, finalmente se diseña un sistema de seguimiento solar basado en control adaptativo que se ajusta al punto de operación dado por el movimiento relativo solar. Se determina el tamaño de un campo de concentradores solares, tanto del modelo Fresnel con del modelo parabólico compuesto para la aplicación de una fábrica de productos lácteos en el caso de Bogotá y la para una desalinizadora para el caso de la Guajira.Agradecimientos Lista de símbolos Introducción Planteamiento del problema Objetivos General Específicos Justificación Alcance Organización del documento Estado del arte Antecedentes en Colombia El sol y la energía Energía Ciclo térmico de generación El sol Geometría solar Geometría sobre una superficie inclinada Recurso solar en Colombia Radiación Modelos de radiación Modelo de Perrin de Brinchambaut Geometría Óptica sin imágenes Concentrador parabólico compuesto CPC Desarrollo del modelo geométrico Calculo del ángulo de aceptación Resultados Manufactura Concentrador solar lineal Fresnel (CLF) Desarrollo del modelo geométrico Análisis espejos del lado izquierdo del receptor Análisis espejos del lado derecho del receptor Calculo del colector secundario Resultados Análisis térmico Desarrollo térmico para Bogotá Desarrollo térmico del modelo cilindro parabólico compuesto Desarrollo térmico del modelo Fresnel Resultados Aplicación industrial para una desalinizadora en la Guajira Desarrollo modelo cilindro parabólico compuesto Desarrollo del modelo térmico Desarrollo modelo Fresnel Desarrollo del modelo térmico Resultados Diseño del control de seguimiento solar Sistema de transmisión de potencia Diseño del sistema de transmisión de potencia para el modelo Fresnel Diseño del sistema de transmisión de potencia para el modelo parabólico compuesto Diseño del controlador dinámico de estados Conclusiones Anexo A: cálculo del ´ángulo de incidencia para cada hora del día 15 de mayo de Bogotá Anexo B: cálculo del ´ángulo de incidencia para cada hora del día 15 de diciembre en la Guajira Anexo C: Tabla de factores de servicio básico para maquinas Anexo D: Tabla de selección de paso para transmisiones sincrónicas Anexo E: Tabla de selección de paso para transmisiones sincrónicas para un paso de 8M Anexo F: Tabla de capacidad de transmisión de correas con 8M estándarThe current environmental situation is critical, to such an extent that alternative energy generation methods must be developed that do not threaten the care of the environment in order to avoid irreversible damage that could drastically affect the terrestrial ecosystem. The present work of degree aims to provide a point of development and comparison between two models of solar concentrator, the composite parabolic cylinder and linear Fresnel, a form of thermal energy that replaces the burning of fossil fuels in the process of power generation in the solar thermal power plants. The solar resource study is carried out for two locations in Colombia, Bogotá DC and Riohacha in the Guajira, based on the availability of the solar resource, the specific models for each location are designed and heat transfer mechanisms are studied to verify the thermal capacity of each one for certain applications in the industry, finally a solar tracking system based on adaptive control is designed that adjusts to the point of operation given by the relative solar movement. The size of a field of solar concentrators is determined, both the Fresnel model with the composite parabolic model for the application of a dairy products factory in the case of Bogotá and the one for a desalination plant for the case of La Guajira.Pregradoapplication/pdfspaDerechos Reservados - Universidad Militar Nueva Granada, 2018https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Atribución-NoComercial-SinDerivadashttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Concentradores solares y control adaptativo. Comparación entre el modelo parabólico lineal y el modelo FresnelSolar concentrators and adaptive control. Comparison between the linear parabolic model and the Fresnel modelinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de gradoTexthttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fCENTRALES SOLARESTRANSMISION DEL CALORSolar concentratorradiationlinear parabolicFresnel modeldynamic state servo systemray tracingheat transfergeometrysolar geometryConcentrador solarradiaciónparabólico linealmodelo Fresnelservosistema dinámico de estadostrazado de rayostransferencia de calorgeometríageometría solarFacultad de IngenieríadIngeniería en MecatrónicaIngeniería - Ingeniería en MecatrónicaUniversidad Militar Nueva GranadaA. J. ghajar Yunus A Cengel, Transferencia de calor y masa conceptos fundamentales, cuarta edi ed., M. G. Hill, Ed., 2011.M. PLANELLES, “Nuevo r´ecord de concentraci´on de CO2 en la atm´osfera,” El pa´ıs, pp. 13–16, 2017.E. Almansa, “Ahora o nunca: nueva predicci´on sobre el cambio clim´atico,” Revista semana, pp. 21–23, 2018.C. W. Thomasset, Peque˜no Manual del foguista, 2011H. 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