#Tesis 2014

ABSTRACT

En el año 2015 se llevó a cabo la Conferencia de las Partes 21 (COP21) donde asistieron representantes de los países integrantes de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC). Como resultado de esta conferencia surgió el Acuerdo de Paris el cual busca que todos los países tengan como causa común combatir el cambio climático.

Una de las alternativas que ayudarán a alcanzar la meta establecida en el Acuerdo de Paris, son las tecnologías de concentración solar térmica (CST, por sus siglas en inglés), las cuales se basan en concentrar la radiación proveniente del sol mediante dispositivos ópticos para su aprovechamiento.

Dentro de las instalaciones del Campo Experimental de Torre Central (CEToC), existe un dispositivo de medición de flujo de calor concentrado que utiliza la técnica de calorimetría de agua fría, el cual cuenta con un modelo numérico para validar las estimaciones teóricas de las mediciones de provistas por uno o varios heliostatos, sin embargo, el modelo numérico no cuenta con la definición de una condición de frontera constante no uniforme.

En el presente trabajo se realizó un estudio numérico de la transferencia de calor del receptor-calorímetro del CEToC con el software de dinámica de fluidos computacional comercial Ansys Fluent, en el cual a través de un análisis de imagen de la distribución de calor obtenida mediante experimentación, se estableció una condición de frontera que asemeje dicha distribución, con lo cual se mejoró la predicción numérica del modelo.

Como resultado de esta investigación, se obtuvo una menor diferencia respecto a los resultados experimentales conforme se aumenta el número de Reynolds y el número de Rayleigh, de la misma manera, en el análisis para 7 y 1 heliostatos se tuvo una diferencia absoluta global de 0.42%, y 0.17%, respectivamente.

ABSTRACT

Un helióstato dentro de la tecnología de torre central es el dispositivo encargado de recibir y concentrar la radiación solar en un receptor. En Hermosillo, Sonora, México la UNAM en colaboración con la UNISON están desarrollando el Campo Experimental de Torre Central (CEToC), parte de las actividades que ahí se realizan se orientan al análisis del diseño, construcción, evaluación y caracterización de nuevos prototipos de helióstatos. La búsqueda de mejoras a los prototipos de helióstatos existentes en el CEToC se encamina a la optimización de su operación y abaratamiento de su manufactura. El presente trabajo describe el desarrollo de un prototipo de helióstato de 37.44 m2. Entre las mejoras incorporadas al presente diseño está una configuración de facetas en herradura, para que el helióstato sea abatible y disminuir así el ensuciamiento por polvo en el área reflejante; peso aligerado, a través de la reducción del espesor del vidrio y el consecuente aligeramiento estructural; un cabezal más barato y preciso, así como más ligero. Se simularon distintas formas de superficie para las facetas, esto para evaluar el desempeño de concentración de este sistema óptico, de esta manera se observó la factibilidad de aumentar la concentración propiciando la deformación de facetas, siempre y cuando éstas sean de los helióstatos cercanos a la torre. El criterio de diseño del nuevo marco estructural se rigió por la selección de componentes de dimensiones comerciales, evitando desperdicio de material y aminorando el trabajo de manufactura. Se simuló el comportamiento mecánico estructural del nuevo prototipo, de este análisis se deduce que el modelo carece de rigidez, y por tanto presenta grandes desplazamientos y deformaciones. Dichas características son indeseables en un concentrador óptico pues la calidad de la imagen que reflejan es deficiente. El nuevo helióstato se instaló en el CEToC, en donde se llevaron a cabo diversas pruebas para evaluar el desempeño global del prototipo. Estas pruebas fueron: mancha solar formada por el helióstato, reflexión de franjas, medición de la deformación de la estructura. Finalmente, se discuten los resultados de estas pruebas y se formulan conclusiones recomendaciones para trabajo futuro.

#2014

En la revisión histórica entre la humanidad y la energía podemos resaltar que cada cambio significante en la vida del hombre está estrechamente relacionado con la energía que necesita, siendo la necesidad de ésta cada vez mayor. El aumento en la necesidad energética es causado por nuevos desarrollos tecnológicos.

La demanda energética alrededor del mundo ha aumentado de gran manera debido al crecimiento de su población, cada uno de los nuevos pobladores requiere de productos y servicios, por lo tanto también han aumentado las actividades industriales, el transporte y los servicios requeridos para mantener un nivel de vida adecuado. La energía necesaria para suplir estás necesidades es suministrada en su mayoría por combustibles fósiles en consecuencia a nivel global existe una dependencia energética y económica a estos combustibles.

Económicamente se empezó a depender del petróleo en los años 50’s después de la segunda Guerra Mundial. El petróleo fue el combustible que hizo posible reactivar la industria e iniciar el crecimiento económico. Para la década de los 70’s el petróleo suplía un tercio de la energía para la industria y un cuarto de la generación de energía eléctrica.

En 1973 el consumo energético mundial fue de 4,672 Mtoe (equivalente a millones de toneladas de petróleo) desde entonces ha incrementado gradualmente (figuras 1.1 y 1.2) y en menos de 40 años se ha doblado. En 2010 el suministro fue de 8,677 Mtoe (OECD/IEA,2012).