Diseño conceptual de un horno solar de alta temperatura, mediante segmento de paraboloide móvil, con receptor fijo, de pequeña escala

Abstract

Dentro de todo el rango de las diferentes energías renovables no convencionales, la energía solar es la que se ha visto mayormente impulsada en los últimos años. De los diferentes tipos de tecnologías solares, la concentración solar (CS) es la que permite lograr mayores temperaturas de trabajo. Los CS basan su principio de funcionamiento en redirigir toda la radiación incidente de una superficie en una zona más pequeña, denominada zona focal. En consecuencia, toda tecnología CS posee, al menos, un elemento concentrador y un elemento receptor. En las tecnologías CS de alta temperatura, la zona focal puede alcanzar elevados valores de densidades energéticas, y, por consecuencia, altísimas temperaturas. Los hornos solares son ejemplos de CS de alta temperatura. Por otro lado, el norte de Chile posee un potencial solar privilegiado, ideal para el desarrollo de tecnologías CS. Es por ello que resulta motivador la idea de diseñar un horno solar para dicha zona geográfica. Para llevar a cabo el diseño del horno lo primero que se realiza es una recopilación bibliográfica del estado del arte de las tecnologías CS. Posteriormente, se define el tipo de horno solar a utilizar, así como también la ubicación geográfica de diseño. Con dichos parámetros definidos, se hace un diseño conceptual del horno, se identifican sus parámetros y la relación que existe entre ellos. Con las relaciones entre los parámetros ya definida, se seleccionan los valores para dichos parámetros, y se realiza un análisis tanto óptico como térmico del horno. Dicho análisis entrega tanto la potencia como la temperatura del horno, dentro de otros parámetros de interés. En cuanto al lugar de diseño, se elige la localidad de San Pedro de Atacama. A su vez, se selecciona un concentrador tipo Scheffler. Con el diseño definido, se realiza el análisis óptico-térmico para siete configuraciones distintas. Dichas configuraciones varían en el valor de uno o más parámetros. Para el análisis óptico-térmico se utilizan los softwares SolTrace y Maple. Los resultados obtenidos para las siete configuraciones indican que las temperaturas máximas alcanzadas varían entre 1.211-1.727 [°C]. Por otro lado, la variación de la potencia térmica varía entre 1.544-12.000 [W]. Por su parte, las superficies brutas de reflectoras varían entre 3,62-28,43 [m²], siendo la más pequeña la que obtiene los menores valores en cuanto a temperatura y potencia, mientras que los máximos son alcanzados por la configuración de mayor superficie. La configuración más pequeña es también la que más tarda en llegar al estado estacionario, demorándose 7,31 [min], mientras que la configuración más grande tarda tan solo 2,63 [min]. Finalmente se concluye que el diseño conceptual del horno cumple con los requisitos de diseño. Entonces, queda como trabajo propuesto el desarrollar la ingeniera básica y posteriormente la ingeniería de detalle del prototipo.