Diseño, construcción y ensayo de la etapa de generación eléctrica con un sistema solar térmico

Las diferentes máquinas de vapor para la producción de energía mecánica y eléctrica tienen una larga historia que comenzó en el siglo XV (T. Savery) y empezó a generalizarse en relación con las minas de carbón en Inglaterra (J. Watt). Originalmente la fuente de energía necesaria para su funcionamiento se logró usando leña y luego carbón mineral. En el siglo XX se comenzaron a utilizar los hidrocarburos y diferentes gases, fuentes que han predominado hasta la actualidad. Los problemas actuales relacionados con las fuentes mencionadas, tales como el comienzo de la declinación de los combustibles no renovable y la contaminación ambiental que causa su uso, ha llevado a un interés creciente por la utilización de las energía renovables tales como la solar, eólica, biocombustibles y otros.Desde 1980, el Instituto de Investigaciones en Energía No Convencional (INENCO) y otras instituciones de la Argentina están realizando desarrollos destinados a la sustitución de los combustibles convencionales por las llamadas energías renovables. En relación con la energía solar se han considerado dos tecnologías diferentes para la generación eléctrica, el uso de los sistemas fotovoltaicos y la generación solar térmica con uso de concentradores. Ambos tienen características muy diferenciadas que implican distintas posibilidades de uso, que en algunos casos se superponen.El INENCO lleva a cabo estudios relacionados con la producción de electricidad por la vía solar térmica que cuenten con características tales como:1.- Generadores con producciones grandes, encontrándose en la actualidad sistemas en construcción con potencias de 500 MW en EEUU con sistemas de torre central (Palen Solar Electric Generating System), Australia con equipos del tipo Fresnel lineal, uno de 44 MW (Kogan Creek Solar Boost) en construcción y otro de 9 MW en operación (Liddell Power Station). También se encuentra una planta solar con sistema de torre central en operación, en EEUU, denominada Ivanaph, con un potencia de 377 MW, transformándose ésta en líder en el mercado en finales del 2013 y principios del 2014.2.- Cubran un rango grande de potencias, desde las decenas de kW para aplicaciones puntuales a nivel industrial hasta las potencias ya mencionadas para la producción de energía destinada a las grandes ciudades y centros industriales.3.- Las centrales térmicas puedan generar no solo energía eléctrica sino también térmica destinada a usos industriales.4.- La generación de energía térmica tiene la ventaja de que puede almacenarse a costos más bajos que la energía eléctrica. La mayoría de las nuevas centrales térmicas están acumulando energía térmica con reservas de 7 a 10 horas, por lo que pueden cubrir la demanda eléctrica pico que se genera en las primeras horas de la noche. En este momento se está generalizando la acumulación con sales fundidas, lo que permite llegar a altas temperaturas y tiene precios bajos.5.- Existen equipos con diferentes características, siendo los más comunes los de torre central, los que usan espejos cilindro-parabólicos, los que utilizan motores stirling con espejos esféricos y los de tipo Fresnel lineal, que hace uso de espejos planos ligeramente curvados. En la actualidad, las diferentes tecnologías son utilizadas, encontrándose en una etapa de comparaciones económicas destinadas a determinar en qué condiciones uno u otro tipo resulta más conveniente.6.- La generación eléctrica también es diversa pudiéndose utilizar turbinas, motores stirling, máquinas reciprocantes o el uso intermedio de producción de vapor orgánicos con volúmenes específicos menores que el agua. Los motores stirling tienen los mejores rendimientos pero su tamaño actual es pequeño, en el orden de los 25 kW. Los motores reciprocantes se han utilizado para potencias pequeñas, del orden de decenas de kW por su bajo costo, pero actualmente están creciendo y se producen motores con potencias de varios MW. Las turbinas cubren un rango muy grande, pero las de pequeña potencia resultan muy caras.En el INENCO se ha centrado el interés en los generadores de vapor de tipo Fresnel debido a su bajo costo. Por otro lado su tecnología es relativamente sencilla y pueden ser construidos totalmente en la Argentina con materiales locales. Los sistemas de generación solar térmica pueden usarse en regiones con alta radiación solar ya que los espejos necesitan de irradiación directa para su funcionamiento. A nivel mundial existen 7 regiones de alta radiación. Afortunadamente, la zona NOA de la Argentina forma parte de una de ellas junto con el norte de Chile y el Sureste de Bolivia. Las potencias disponibles de energía solar constituyen la mayor reserva de energía renovable, asegurando que esta fuente podrá generar la energía suficiente a nivel mundial para asegurar la disponibilidad a largo plazo. A título de ejemplo se puede citar que una superficie del orden de 20 x 20 km2, muy pequeña en relación a las superficies disponibles en la cercanía de los Andes, puede generar toda la energía que se consume actualmente nuestro país.El panorama actual de las políticas en Energías Renovables en Argentina, a través del plan Nacional RenovAr, en sus distintas fases, resulta promisorio y alentador para el aumento de proyectos de generación eléctrica en base a recursos renovables, sobre todo de índole eólica y solar. Este plan impulsa al desarrollo de este tipo de proyectos por lo cual el estudio de la tecnología de concentración solar para la generación termo ? energética se enmarca directamente en la situación actual de la República Argentina.Fil: Dellicompagni, Pablo Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; Argentin

Potential uses of a prototype linear Fresnel concentration system

This study analyzes the energy potential of a linear Fresnel solar (LFS) system based on a case study of the equipment mounted in the city of San Carlos, Salta province, Argentina. The average thermal power and thermal losses from the absorber and field pipes to the environment were calculated by hour, taking into account the hourly direct normal irradiance (DNI) obtained by Liu-Jordan method, based on global horizontal irradiation (GHI) measurements. This paper shows the amount of thermal energy that the LFS under study is able to generate for processes such as hard water desalination, electric power generation, and drying of vegetables. The results of the calculations show that the linear Fresnel system is capable of producing steam with thermal energy in the range of 460–1200 MJth, which means an annual production of 243 GJth. As for the power block, it is possible to obtain an annual generation of 1.5 GWhe, depending on operating conditions of the steam engine (288 rpm regime at 6 bar). The production of desalinated water reaches the range of 98–112 m3, depending on whether the steam is previously used for power electric generation or not.Fil: Dellicompagni, Pablo Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; ArgentinaFil: Franco, Ada Judith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; Argentin

Improvement of bipv efficiency by application of highly reflective surfaces at the building envelope

The use of concentrated solar irradiation for the improvement of electric generation improvement has been implemented on different scales, mainly in photovoltaic systems. High-concentration Fresnel lenses are widely chosen for this approach in large installations, while low-concentration systems are rather applied in medium-low scales. For the latter, the improvement on electric performance was revealed, even when no solar tracking was implemented. The presented work aims to analyse a low-concentration photovoltaic installation by a numerical approach. First, the reflective surfaces were designed geometrically considering the optimal slope determined for each month. Subsequently, different simulation techniques were used separately for prediction of solar irradiation and energy production. Three criteria were selected to analyze power generation: the highest increase in total annual solar irradiance on panels with reflective surfaces, the highest total annual solar irradiance collected, and the optimal slope of panels for the entire year. The increase in energy was found to not exceed 10% in the winter months. Whereas in the spring and summer months the energy improvement is about 15–20%. Moreover, it was observed that the temperature of the proposed concentration photovoltaic system increased significantly, reaching more than 90◦ C, while for traditional PV panels it did not exceed 75◦ C.Fil: Knera, Dominika. Lodz University of Technology; PoloniaFil: Dellicompagni, Pablo Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; ArgentinaFil: Heim, Dariusz. Lodz University of Technology; Poloni

Caracterizacion de un motor a vapor de doble efecto

Se presenta en el siguiente trabajo la caracterización de los parámetros defuncionamiento de un motor a vapor a efectos de conocer la capacidad de producción de potencia y torque, para ser acoplado a la línea de vapor generado en el sistema Fresnel Lineal montado en San Carlos, Salta. Los ensayos fueron realizados en la planta piloto de la Facultad de Ingeniería (FI) de la Universidad Nacional de Salta (UNSa), donde se empleó una caldera-generador de vapor. Se ensayó el motor desde el arranque hasta régimen nominal, pasando por diversos escalones de r.p.m. y se tomaron medidas de presiones mínimas y máximas, temperatura de vapor de admisión y ambiente, régimen de r.p.m. y caudal de vapor. Las curvas de potencia y torque presentadas concuerdan con la literatura correspondiente a las maquinas térmicas.Fil: Dellicompagni, Pablo Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Salta. Instituto de Investigaciones En Energía No Convencional; Argentina. Universidad Nacional de Salta; ArgentinaFil: Franco, J.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Salta. Instituto de Investigaciones En Energía No Convencional; Argentina. Universidad Nacional de Salta; ArgentinaFil: Altamirano, Martin. Instituto Nacional de Tecnologia Industrial; ArgentinaFil: Hongn, Marcos Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Salta. Instituto de Investigaciones En Energía No Convencional; Argentina. Universidad Nacional de Salta; Argentin

Determinación del estado térmico de un motor a vapor mediante simulación numérica y mediciones in situ

En el presente trabajo se muestra un análisis computacional de las pérdidas térmicas que se producen en el cabezal de un motor a vapor, el cual ha sido instalado en un sistema de concentración Fresnel lineal (CFL) para la conversión termo mecánica. El objetivo es determinar las pérdidas térmicas mediante la simulación computacional en Simusol partiendo de la medición de temperaturas del vapor en el interior del motor así como en las paredes exterior del mismo. Los modelos térmicos aquí propuestos se elaboran mediante Simusol y los resultados se comparan con mediciones experimentales.This paper shows a computational analysis of the thermal losses from a head steam engine, which has been mounted on a linear Fresnel collector (LFC) for thermomechanical conversion. This paper aims to determine heat losses by numerical simulation on the Simusol program based on temperature measurement of steam inside of de engine as well as outer cylinder walls. Thermal models here proposed have been written by Simusol program and the results are compared with experimental measurements.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Diseño, construcción y ensayo de un colector de aire trapezoidal para deshidratado de frutas

El presente trabajo muestra el diseño, construcción y ensayo experimental de un colector de aire trapezoidal, diseñado para el deshidratado de frutos tropicales de la localidad Orán, provincia de Salta. Se presentan los resultados experimentales de los distintos ensayos. Para la caracterización del colector, se estudió la correlación entre los parámetros ambientales de entrada al sistema con las variables de salida mediante la utilización del programa estadístico Statgraphics Centurion©. El colector solar demostró tener una buena respuesta instantánea, alcanzando el régimen estable de manera rápida. Las temperaturas y humedades relativas alcanzadas indicaron que el colector puede ser utilizado en un futuro para la deshidratación de frutas. Se propone a futuro la simulación numérica del colector.Fil: Salvo, Aien Weni. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; ArgentinaFil: Dellicompagni, Pablo Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; ArgentinaFil: Franco, Ada Judith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; Argentin

Numerical simulation of a steam engine to be used in a linear Fresnel solar generator

Este trabajo describe la simulación numérica de un motor reciprocante de vapor que se colocará en el generador solar de electricidad y vapor instalado por el INENCO en San Carlos, Salta, que se encuentra en funcionamiento produciendo vapor. Ha sido preparada con el programa Simusol creado en el ONENCO. La simulación comprende tanto el funcionamiento dinámico de la parte mecánica del equipo como la de la térmica. Se simula el sistema teniendo en cuenta la admisión de vapor, su expansión, su escape y la compresión. Se ha incluido al pistón de compresión y expansión, el cigüeñal con volante, las lumbreras de entrada y salida de vapor. Se discuten los resultados obtenidos con los datos físicos reales del motor y los del vapor suministrado por el generador solar de vapor.This paper describes the numerical simulation of a reciprocating steam engine in the solar steam generator installed by the INENCO in San Carlos, Salta, which is producing steam at present. It has been prepared with the SIMUSOL program created in INENCO. The simulation includes both the dynamic performance of the mechanical part and the heat part of the machine. The admission of steam, expansion, exhaust and the compression system are considered in the simulation. The compression and expansion piston, the crankshaft wheel and the inlet and outlet steam are included. The results obtained with the actual physical data of the engine and the steam supplied by the solar steam generator are discussed.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Dynamics of melting process in phase change material windows determined based on direct light transmission

Detailed analyses of melting processes in phase change material (PCM) glazing units, changes of direct transmittance as well as investigation of refraction index were provided based on laboratory measurements. The main goal of the study was to determine the direct light transmittance versus time under constant solar radiation intensity and stable temperature of the surrounding air. The experiment was conducted on a triple glazed unit with one cavity filled with a paraffin RT21HC as a PCM. The unit was installed in a special holder and exposed to the radiation from an artificial sun. The vertical illuminance was measured by luxmeters and compared with a reference case to determine the direct light transmittance. The transmittance was determined for the whole period of measurements when some specific artefacts were identified and theoretically explained based on values of refractive indexes for paraffins in the solid and liquid state, and for a glass. The melting process of a PCM in a glass unit was identified as a complex one, with interreflections and refraction of light on semi layers characterized by a different physical states (solid, liquid or mushy). These optical phenomena caused nonuniformity in light transmittance, especially when the PCM is in a mushy state. It was revealed that light transmittance versus temperature cannot be treated as a linear function.Fil: Heim, Dariusz. Lodz University of Technology; PoloniaFil: Krempski Smejda, Michael. Lodz University of Technology; PoloniaFil: Dellicompagni, Pablo Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; ArgentinaFil: Knera, Dominika. Lodz University of Technology; PoloniaFil: Wieprzkowicz, Anna. Lodz University of Technology; PoloniaFil: Franco, Ada Judith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; Argentin

Determinación del estado térmico de un motor a vapor mediante simulación numérica y mediciones in situ

En el presente trabajo se muestra un análisis computacional de las pérdidas térmicas que se producen en el cabezal de un motor a vapor, el cual ha sido instalado en un sistema de concentración Fresnel lineal (CFL) para la conversión termo mecánica. El objetivo es determinar las pérdidas térmicas mediante la simulación computacional en Simusol partiendo de la medición de temperaturas del vapor en el interior del motor así como en las paredes exterior del mismo. Los modelos térmicos aquí propuestos se elaboran mediante Simusol y los resultados se comparan con mediciones experimentales.This paper shows a computational analysis of the thermal losses from a head steam engine, which has been mounted on a linear Fresnel collector (LFC) for thermomechanical conversion. This paper aims to determine heat losses by numerical simulation on the Simusol program based on temperature measurement of steam inside of de engine as well as outer cylinder walls. Thermal models here proposed have been written by Simusol program and the results are compared with experimental measurements.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

A solar irradiation GIS as decision support tool for the Province of Salta, Argentina

The province of Salta is characterized by its solar energy high potential. The use of solar resource would improve living conditions in the area, diversify the energy matrix, promote more sustainable production systems and reduce greenhouse gases emissions. However, there are only a few studies that describe in high spatial resolution the variability of the solar resource in Argentina. Multidimensional tools, that consider the environment and the socio-economic situation, have to be considered for adequate support decision-making, such as solar collector location assessment and photovoltaic potential. In this sense, a deep evaluation of the solar resource is needed first, as solar irradiation is an essential input variable for the design and evaluation of solar application systems. In this paper, we detail the methodology used to elaborate a GIS tool to support decisions related to renewable energy policies and solar technology design. A comparison between global solar irradiation measurements in situ, empirical models, and data provided by Land Surface Analysis Satellite Applications Facility (LSA-SAF), is performed in daily, monthly and annual basis for a seven-year period. This analysis validates the use of this satellite data for the determination of solar irradiation in the region.Fil: Sarmiento Barbieri, Nilsa Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; ArgentinaFil: Belmonte, Silvina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; ArgentinaFil: Dellicompagni, Pablo Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; ArgentinaFil: Franco, Ada Judith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; ArgentinaFil: Escalante, Karina Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; ArgentinaFil: Sarmiento Barbieri, Joaquín Rafael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Salta. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional. Universidad Nacional de Salta. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Física. Instituto de Investigaciones en Energía no Convencional; Argentin