Se ha diseñado y construido un equipo que permite ajustar el punto óptimo de trabajo de un espejo de 50 metros de longitud, empleando detectores basados en seleniuros, cuando enfoca a un absorbedor con foco lineal. El espejo, forma parte de un conjunto mayor y que constituye un concentrador Fresnel, aunque los ajustes o correcciones de los mismos, se realizan en forma individual. El principio de funcionamiento es tal, que un equipo entrega una señal error que corrige el posible desacople entre cada espejo y el absorbedor común a todos ellos, ubicado en un plano focal rectangular a un distancia determinada sobre los mismos, y compuesto por caños de acero.It has been designed and built an equipment to adjust the optimum operating point of a mirror 40 or 50 meters long, using detectors based selenides, when focused on an absorber. Trough the concentrator device, this system should be able to take a great profit of direct sun radiation. The mirror is part of larger equipment and which is a Fresnel concentrator, though the adjustments or corrections thereof, are performed individually. The operating principle is such that a team that delivers an error signal corrects the possible delay between each mirror and the absorber common to them all, located in a rectangular focal plane a given distance on them, and pipes composed of zero . Automatization is a requirement in the correct use of Fresnel concentrators just as it is well described in the literature.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Cadena, Carlos

Echazú, Ricardo

Spanish

SEDICI - Repositorio de la UNLP

 
 
 
 
 
 
SISTEMA DE ENFOQUE Y SEGUIMIENTO  
PARA ESPEJOS PLANOS DE GRAN LONGITUD1 
 
Carlos Cadena2, Ricardo Echazú3 
INENCO – Instituto UNSa. – CONICET 
Universidad Nacional de Salta 
Av. Bolivia 5150 – A4408FVY Salta, República Argentina 
FAX 54 387 4255489 – e–mail: cadenacinenco@gmail.com 
 
RESUMEN: Se ha diseñado y construido un equipo que permite ajustar el punto óptimo de trabajo de un espejo de 50 
metros de longitud, empleando detectores basados en seleniuros, cuando enfoca a un absorbedor con foco lineal. El espejo, 
forma parte de un conjunto mayor y que constituye un concentrador Fresnel, aunque los ajustes o correcciones de los 
mismos, se realizan en forma individual. El principio de funcionamiento es tal, que un equipo entrega una señal error que 
corrige el posible desacople entre cada espejo y el absorbedor común a todos ellos, ubicado en un plano focal rectangular a 
un distancia determinada sobre los mismos, y compuesto por caños de acero.  
Palabras clave: concentrador Fresnel – fotodetector - espejos - sistema de seguimiento 
 
INTRODUCCIÓN 
La utilización de concentradores Fresnel basados en sistemas de óptica “sin imagen”, Welford W. T. & Winston R. (1989) ha 
cobrado mayor empuje nuevamente en los últimos años debido a las innumerables ventajas que produce su utilización, 
cuando se busca producir vapor, o bien el calentamiento de absorbedores sólidos empleados en aplicaciones agroindustriales 
o alimenticias, referidas entre otras: al impacto sobre el medio ambiente, economía de combustibles, practicidad, etc.  
 
En términos generales, se puede decir que esta actividad forma parte de un proyecto mayor, que consiste en el desarrollo de 
un prototipo de generador solar térmico modular de unos 400 m2 de área, y donde se usarán concentradores de Fresnel 
lineales para generar el vapor a alta presión y temperatura. Saravia et. al. (1997, 1999, 2001) Conviene aclarar que por ahora 
no se contempla en este proyecto, la instalación de una turbina para generar electricidad ya que no se encuentran disponibles 
turbinas de vapor de agua del orden de 30 a 40 kW, que es la potencia que este módulo podría generar.  
 
Previamente se ensayó un prototipo de 24 m2 de espejos lineales, poniendo a punto sus partes. Consta de 8 espejos lineales 
ligeramente curvados que concentran la radiación solar  en el absorbedor que se encuentra a 4 metros de altura. Por el 
absorbedor pasa el agua que sube su temperatura y se evapora. Sobre la base de estos resultados se encuentra en estudio 
actualmente un segundo prototipo de 48 m2 de área de espejos, y en él se incorporan un conjunto de modificaciones 
tendientes a que sus condiciones de funcionamiento sean similares a las del equipo comercial. Gea et. al. (2007) 
 
Una de las etapas del proyecto es el diseño del sistema de movimiento y de seguimiento del sol por parte de los espejos y uno 
de los principales aspectos a tener en cuenta en la construcción del equipo es el replanteo de la posición de espejos y 
absorbedor sobre el piso teniendo en cuenta la posición del sol al mediodía solar. La estrategia de seguimiento fue planteada 
de forma tal que el sistema hace rotar los ejes de los motores y por consiguiente a los espejos, con una velocidad sincrónica 
tal, que siguen el movimiento aparente del sol y la acción de control por parte de lo que se describe en el presente trabajo, se 
produce cuando por alguna acción mecánica espúrea o algún otro imprevisto esa posición queda adelantada o atrasada de la 
verdadera. 
 
O sea que solo cuando se detecta una señal error, producto del apartamiento de esa posición verdadera, se produce la 
corrección. Esta estrategia se describe en Hoyos et al, 2008. El trabajo se aboca en consecuencia a la descripción de equipo 
fotodetector que genera la señal error y a la transmisión de esa señal generada desde el mismo. 
 
ALGUNOS ANTECEDENTES 
Para abordar esta problemática, se han propuesto diferentes sistemas de instrumentación, de los cuales se mencionarán solo 
algunos de importancia:  
 
Por métodos de geometría integral y cálculo de probabilidades, Badescu encuentra la distribución de la probabilidad de error 
en el seguimiento. Badescu, (1981,  2008) 
 En la Plataforma Solar de Almería se ha desarrollado un método de medida del error para sistemas de distancia focal 
elevada,  que utiliza la imagen de una estrella reflejada por cada uno de los espejos y grabada con una cámara instalada en la 
torre central. Arqueros et al. (2003) 
                                                
1
 Parcialmente financiado por el Consejo de Investigación de la Universidad Nacional de Salta (CIUNSa) 
2
 UNSa - CONICET 
3
 CIUNSa. 
              ASADES 
Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente 
Vol. 13,  2009.  Impreso en la Argentina.  ISSN  0329-5184 
08.169 
 Wendelin et al., (1991) y Jones et al., (1997) emplean un laser que incide en varios puntos de los espejos y registran el haz 
reflejado sobre una pantalla. 
 
Aiuchi et al. (2006) estudiaron un sistema con dos fotoceldas montadas sobre el mismo plano y lo aplicaron al control de un 
espejo circular de distancia focal elevada. Para el control del sistema usaron un telescopio para proyectar la imagen solar 
sobre una pantalla y una cámara de video para el estudio de la imagen. 
  
EL SISTEMA 
El sistema de concentración está compuesto entre otras partes por un conjunto de tiras de espejos, y cada una de estas posee 
su motor impulsor con su acople al eje de más de cuarenta y cinco metros de largo con sus respectivos apoyos móviles. 
 
Montados sobre el eje, se encuentran los espejos, con su estructura de acero correspondiente. La figura 1 muestra un espejo 
de 50 metros empleado para los ensayos y  la 2 un absorbedor de menor tamaño (que el largo del espejo descripto), pero con 
las mismas características, ubicado en otro sistema. 
 
  
 
Figura 1: Espejo de 50 metros montado sobre un eje.         Figura 2: Absorbedor y concentrador secundario elevados. 
 
El equipo de detección (tubo) enfoca una superficie reflectiva, acoplada mecánica y ópticamente a los espejos, y de esta 
segunda superficie espejada sale reflejado el haz de control, que a través de una fibra óptica de un metro de longitud, se 
acopla al fotodetector. Se muestra un esquema en la figura 3 
 
 
 
Radiación 
solar 
Separador de haces 
Fibra óptica 
Espejos 
Tubo de PVC 
Base soporte 
 
 
Figura 3: Sistema detector.          
 
08.170 
Esta señal es una de las variables de entrada al microcontrolador. La otra señal, proviene de un reloj de frecuencia variable, 
que depende de la hora, el día del año, las coordenadas y altitud del lugar. En la figura 4 se presenta un diagrama del equipo.  
 
Reloj frec variable 
señal fotodectada fotodetector 
Motor 
micro controlador 
espejos 
 
 
 
Figura 4: Esquema del equipo de detección. 
 
 
EL EQUIPO DE DETECCIÓN  
Se  puede decir en términos generales que el motor está comandado por un reloj de frecuencia variable, y el dispositivo que 
se describe en este trabajo realiza los ajustes cuando ocurre algún desvío, producto de alguna falla o en esta etapa, de un error 
de cálculo. 
Esto es así, debido a que todavía no se armó el sistema completo de tiras de espejos, ni el absorbedor de la misma longitud, 
por lo que las pruebas que se realizan, corresponden a situaciones simuladas. Conviene aclarar que en el sistema más 
pequeño, el comando de posicionamiento de los espejos se realizó con un solo motor, un acople mecánico entre los ejes de 
los espejos, y sin sistema de corrección ante fallas eventuales 
 
Consta básicamente de un tubo largo de PVC, que tiene alojado en su interior, un tubo más corto y de diámetro menor, un par 
de espejos pequeños y de buena calidad montados sobre un soporte en un plano horizontal, los espejos se ubican de forma tal 
que desvían el haz a 45°. Se observa este detalle en la figura 5. 
 
 
 
Figura 5: Detalle del montaje de los espejos.                                  Figura 6: Respuesta espectral de los sensores.  
 
Sobre el propio cuerpo del tubo de PVC, se ubican los extremos detectores de sendas fibras ópticas, enfocando al centro de 
cada uno de los espejos. En ese punto toman la señal óptica, llevándosela fuera del tubo hacia el detector que se encuentra 
ubicado en el interior del gabinete que aloja los circuitos electrónicos de acondicionamiento y control. 
 
La figura 6 representa la respuesta relativa en función de la longitud de onda para los detectores de selenio empleados en el 
rango de trabajo correspondiente. 
Se observa que el detector posee una curva equivalente a la del ojo humano; conviene destacar aquí que si bien la misma no 
representa la totalidad del conjunto de radiaciones aprovechables, esta celda fue elegida pues es muy sensible y a los efectos 
ópticos de enfoque no provoca ninguna distorsión. 
El fotodetector en cuestión, tiene como ya se mencionó, una elevada sensibilidad y en ese sentido, es capaz de detectar 
intensidades relativas de luz incidente en un rango de aproximadamente 0,1 - 1.000 lux. Por otra parte la conexión a través de 
una fibra óptica permite obtener una medida de 1mm de resolución espacial.  
 
08.171 
La electrónica para el acondicionamiento de la señal es tal que en esta etapa de pruebas permite, usando el ajuste de 
sensibilidad del amplificador, encontrar el punto óptimo de trabajo, para cualquier entrada en el rango dinámico. La excursión 
de la tensión de salida va de cero a ciento cuarenta milivoltios. 
El circuito eléctrico (esquemático) se muestra en la figura 7 donde se observa la celda acoplada a un amplificador de 
precisión, con el ajuste de sensibilidad en el lazo de realimentación y otro amplificador de salida. También una fuente de 
alimentación regulada de ± 12 voltios. 
 
 
 
 
 
Figura 7: Circuito eléctrico del detector. 
 
 
Conviene  aclarar que las señales derivadas de las fibras ópticas son procesadas de manera diferencial, y que esa diferencia en 
las intensidades de señales, es empleada para corregir la posición del espejo 
 
En la figura 8 se observa la fuente de alimentación con los clásicos reguladores integrados y la plaqueta que contiene, de 
izquierda a derecha los amplificadores operacionales, la llave selectora de ganancia y un par de potenciómetros para el ajuste 
fino de la ganancia,  el ajuste de cero, y también algunos filtros 
 
 
 
 
 
Figura 8: Fuente de alimentación. 
 
08.172 
ARMADO DEL TUBO Y CALIBRACIÓN DEL DETECTOR 
 
Primeramente se procedió al montaje de los espejos a 45° del eje de la fuente luminosa o eje del tubo; esto se hizo con la 
ayuda de un prisma auxiliar, que finalmente es retirado, pero que permite referenciar la posición casi exacta de ambos espejos 
como se ve en la figura 9. Cada fibra óptica recoge entonces, primero la señal del prisma, y finalmente la señal del espejo.  
 
Esto se repite para cada uno de los espejos. Montados sobre una base rectangular, con sus caras estrictamente paralelas se 
fijan al interior del tubo. Simultáneamente se perforan los orificios (de unos 3,5mm de diámetro) para cada una de las salidas 
de las fibras ópticas sobre un cilindro interior, y una caladura de tamaño algo mayor sobre el cilindro exterior. De forma tal 
que la base de los espejos queda en un plano ligeramente inferior al diámetro máximo, así los orificios mencionados quedan 
casi en ese diámetro. 
 
 
 
Figura 9: Prisma montado sobre el goniómetro. 
 
Figura 10: Banco óptico con el goniómetro y sistema de iluminación. 
 
Sobre un banco con guías móviles se colocan, a la izquierda la lámpara dicroica con su control de intensidad. Este permite 
ajustar la sensibilidad del equipo, para condiciones de iluminación mínima, una máscara para focalizar la luz incidente, y 
finalmente sobre la tableta giratoria, el tubo detector. La tableta giratoria nos permite alejar el tubo detector de la posición 
óptima de trabajo. Este alejamiento es el que entrega la señal error que deberá ser corregida 
 
 
CONCLUSIONES 
 
Debido a  que en el armado del prototipo experimental, la suma de los errores causados por lo artesanal del montaje de las 
partes del sistema de detección, como ser la posición de los espejos, la horizontalidad de la base,  o el paralelismo de las caras 
del rectángulo de soporte, como así también la pantalla divisora de la luz de entrada, la precisión alcanzada no es la óptima. 
Pese a todo, el equipo responde a desviaciones menores que 0,5 grados. Por otra parte, la idea de colocar fibras ópticas para 
la detección de la luz reflejada por los espejos resultó ser muy buena, ya que permite llevar la señal óptica fuera del tubo y 
montar el detector junto al circuito electrónico para realizar los ajustes o compensaciones requeridas. La versión final del 
detector, fabricadas con materiales menos elásticos, pero además torneados y pulidos, permitirá obtener errores del orden de 
0,2 grados, adecuados para este tipo de sistemas. 
 
Tableta rotatoria 
del traslador 
angular 
prisma 
08.173 
     
 
REFERENCIAS 
 
Aiuchi K., Yoshida K., Onozaki M., Katayama Y., Nakamura M., Nakamura K. (2006) Sensor-controlled heliostat with an 
 equatorial mount. Solar Energy 80, 1089–1097  
 
Arqueros F.,  Jiménez A., Valverde A. (2003) A novel procedure for the optical characterization of solar concentrators. Solar 
 Energy 75, 135–142 
 
Badescu V. (2008) Theoretical derivation of heliostat tracking errors distribution. Solar Energy 82, 1192–1197 
 
Badescu V., (1981). O estimare probabilista a erorii de concentrare a radiatiei in sistemele de captare a energiei solare. St. 
 Cerc.  Fiz. 33, 455 
 
 
Gea M., Saravia L., Fernández C., Caso R., y Echazú R., (2007), “Concentrador Lineal de Fresnel para la Generación de 
 Vapor de Agua“, AVERMA, Vol 11, pag. 03-83. p.p. 03.119 ISSN 0329-5184  
 
Hoyos D., Gea M., Cadena C. Echazú R. (2008)  “Diseño y Construcción de Seguidores Solares. Análisis y  Comparación”, 
AVERMA,  Vol. 12, pp. 08.71 
 
Jones, S.A., Gruetzner, J.K., Houser, R.M., Edgar, R.E., Wendelin, T.J., 1997. VSHOT  Measurement Uncertainty and 
 Experimental Sensitivity Study. Proceedings of the 32th IECEC, Honolulu, HI 
 
Kyocera Solar  (2009) Hoja técnica de los productos de Kyocera Solar Argentina S.A. en www.kyocerasolar.com.ar 
 
Saravia L., Cadena C., Caso R., Fernández C.. (1997). El uso de un acumulador sólido y móvil en una cocina. AVERMA.1. 
 N°1, 69 – 72. 
 
Saravia, L. R., Cadena, C., Caso, R. y Fernández, (1999) Cocinas Solares Comunales con Concentrador y Acumulador 
 Sólido. Energías Renovables y Medio Ambiente 6 p.7,15 
 
Welford W. T. & Winston R. (1989) “High Collection Nonimaging Optics”. Academic Press Inc. 
 
 
ABSTRACT: 
 
It has been designed and built an equipment to adjust the optimum operating point of a mirror 40 or 50 meters long, using 
detectors based selenides, when focused on an absorber. Trough the concentrator device, this system should be able to take a 
great profit of direct sun radiation. The mirror is part of larger equipment and which is a Fresnel concentrator, though the 
adjustments or corrections thereof, are performed individually. The operating principle is such that a team that delivers an 
error signal corrects the possible delay between each mirror and the absorber common to them all, located in a rectangular 
focal plane a given distance on them, and pipes composed of zero . Automatization is a requirement in the correct use of  
Fresnel concentrators just as it is well described in the literature. 
 
Keywords: Fresnel concentrator – fotodector - mirrors - monitoring system  
 
 
 
08.174 


Sistema de enfoque y seguimiento para espejos planos de gran longitud

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Sistema de enfoque y seguimiento para espejos planos de gran longitud

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