DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y EVALUACIÓN DE UN REFLECTOR SOLAR FRESNEL DE CONCENTRACIÓN DE FOCO LINEAL PARA GENERAR VAPOR DE AGUA

“Diseño, Construcción y Evaluación de un Reflector Solar
Fresnel de Concentración de Foco Lineal para Generar
Vapor de Agua”

Presentado por:
Jorge Choque Chacolla
Lic. Física Aplicada
Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

INTRODUCCIÓN
 Poco desarrollo tecnológico en el campo de las Energías
Renovables – concentradores solares.
 Falta de experiencias en tecnologías para obtener un buen
rendimiento en su conversión solar – térmico.
 Sistemas de concentración solar en otros países está
encaminado a la generación de energía eléctrica, a través de
las llamadas plantas solares termoeléctricas.

HIPÓTESIS

“La generación de vapor de agua en Tacna podría ser
obtenido mediante el uso de un sistema de
concentración solar, el mismo que puede ser diseñado,
construido y evaluado bajo el concepto de Reflector
Solar Fresnel de foco lineal”

OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Diseñar, construir y evaluar un Reflector Solar Fresnel de
concentración foco lineal para la transformación de energía solar a
energía térmica para la obtención de vapor de agua.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Diseñar la estructura física del Reflector Solar Fresnel de
concentración foco lineal.
 Construir la estructura física del Reflector Solar Fresnel de
concentración foco lineal.
 Evaluación del Reflector Solar Fresnel de concentración foco
lineal, determinando el factor de concentración geométrica y su
rendimiento térmico bajo las condiciones de radiación solar
directa en la ciudad de Tacna.
 Generar vapor de agua usando como fuente energética la
radiación solar.

METODOLOGÍA
DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO REALIZADO

 Diseño y construcción: software vectorial (Autocad) trazado
de sombras para separación de espejos y gráficas del
reflector del 2do concentrador para el dimensionamiento y
construcción posterior.
 Evaluación del Reflector Solar Fresnel de concentración de
foco lineal – Método estacionario.

Diseño y Construcción del Reflector Solar
Fresnel de concentración de foco lineal

CONCENTRACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR

E' A
C 
E A'

REFLECTOR SOLAR FRESNEL DE FOCO LINEAL

Reflector Fresnel se genera
cortando y formando caras
reflectoras en una superficie
esencialmente plana
La luz deberá ser reflejada
hacia un punto focal o línea
focal con tal que la normal de
) de cada
la superficie ( n
cara reflectora, se oriente a
cortar en ángulos iguales la
δi= δr luz incidente y el punto focal

REFLECTORES FRESNEL - SEPARACIÓN DE ESPEJOS

SEGUNDO CONCENTRADOR SOLAR – SISTEMA
AUXILIAR Las normales a la envolvente son
tangentes al círculo, de forma que
todos los rayos incidentes sobre
este reflector se reflejan hacia el
círculo

 Ventaja de 2do Concentrador

DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE CONCENTRACIÓN

Ctotal = C1 x C2

Ctotal = C1er_conc x C2do_conc
Ctotal = 5.4 x 1.95

Ctotal = 10.58 X o soles

CONVERSIÓN TÉRMICA
 La ecuación del balance energético para un colector solar es
la relación entre las ganancias y pérdidas de un absorbedor;

Qútil  Q absorbido  Q pérdidas
 Los flujos energéticos mencionados para un sistema de
concentración se definen por:

 La definición de la eficiencia térmica instantánea η es:
Qútil

Q sol
 Eficiencia térmica instantánea de un concentrador solar

El Método Estacionario para la medición de la
Eficiencia óptica
 Te << Tamb
 Tm = (Te + Ts)/2 = Tamb
 η = ατ

El Coeficiente Global de Pérdidas Térmicas

Luz Solar cero

T = 95ºC

mc(Ts  Te )

UL 
Aabs _ 2 do _ conc (Tm  Tamb )

CONSTRUCCIÓN DEL REFLECTOR FRESNEL

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y EVALUACIÓN DE UN REFLECTOR SOLAR FRESNEL DE CONCENTRACIÓN DE FOCO LINEAL PARA GENERAR VAPOR DE AGUA

CONSTRUCCIÓN DEL SEGUNDO CONCENTRADOR
– SISTEMA AUXILIAR

EVALUACIÓN DEL REFLECTOR SOLAR
FRESNEL DE FOCO LINEAL
CURVA DE CALENTAMIENTO DEL TUBO ABSORBEDOR

La temperatura promedio del tubo absorbedor es 219.8°C al
finalizar la experimentación, la temperatura ambiental promedio
de 20°C, y radiación solar directa incidente de 701.5 W/m2

DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA ÓPTICA (ατ)

ατ = 63%

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE GLOBAL DE
PÉRDIDAS DE CALOR UL
 La experimentación se
realizó en laboratorio en
oscuridad
 El termostato calentaba el
agua a 95°C

mc(Ts  Te )

UL 
Aabs _ 2 do _ conc (Tm  Tamb )

UL = 23.8 W/m2 ºC

LA EFICIENCIA TÉRMICA

ηtotal = 0.63 – 2.24 (Tm – Tamb)/Gb

η2do_conc = 0.63 – 12.08 (Tm – Tamb)/Gb

ηtérmica = 0.63 – 2.24 (Tm – Tamb)/Gb

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
 El uso de software vectorial para el diseño
 RSF aumenta de 5.4X a 10.58X (con 2do concentrador)
 La temperatura del tubo absorbedor no es uniforme - Tp de
219.8°C, Tamb de 20°C y Gb 701.5 W/m2. Problemas con el vidrio
cobertor.
 La conversión de la energía solar a energía térmica se produce en
el 2do concentrador (ατ - UL).
 La eficiencia térmica del RSF es de 38%

CONCLUSIONES

 Se ha diseñado el Reflector Solar Fresnel de concentración foco
lineal con segundo concentrador de envolvente de círculo, con
las dimensiones de 3.00m x 1.90m x 2.5m, alcanzando el factor
de concentración solar de 10.58X; para ello, se usó software
vectorial para el dimensionamiento del sistema.

 Se ha construido el Reflector Solar Fresnel de concentración
foco lineal con segundo concentrador de envolvente de círculo.
La estructura de soporte es metal, se usó espejos de vidrio
como reflectores y aluminio reflejante para el segundo
concentrador. El material aislante es lana de vidrio y para el
absorbedor lineal se usó un tubo de cobre de color negro mate.

CONCLUSIONES
 Se ha evaluado el Reflector Solar Fresnel de concentración foco
lineal con segundo concentrador de envolvente del círculo,
realizando una prueba en vació del tubo absorbedor alcanzando la
temperatura promedio máxima de trabajo a 219,8°C a temperatura
ambiental de 20ºC y radiación solar directa incidente 701,5 W/m 2;
además se ha determinado que la eficiencia óptica es del 63 % y el
coeficiente global de pérdidas UL es igual a 23.8 W/m2°C en el
segundo concentrador solar.

 Se ha generado vapor de agua a presión atmosférica a partir de ½
litro de agua alcanzando una temperatura promedio de 98°C en 10
minutos y radiación solar directa incidente promedio de 697,8 W/m 2
con una eficiencia térmica de 38%.

Centro de Energías Renovables de
Tacna - CERT

Gracias por su atención
Email: joarchch@hotmail.com

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