Diseño de concentrador solar parabólico con helióstato móvil y foco fijo, de potencia de 2 A 3 kW térmicos

Abstract

El siguiente trabajo de título consiste en el diseño de un concentrador solar de 2 reflexiones, que será evaluado para el sector de Guangualí, ubicado en la comuna de Los Vilos, provincia del Choapa, IV región de Coquimbo, Chile. Elección que responde a la compatibilidad de este sistema de concentración con los requerimientos de procesos térmicos de alta temperatura en la producción de cerámica gres típica de la zona, que actualmente se lleva a cabo mediante hornos de inducción. Este estudio busca dimensionar y diseñar un sistema concentrador de tamaño mediano, constituido por 3 elementos: un helióstato móvil con seguimiento en 2 ejes, un concentrador seudo parabólico fijo y una superficie focal plana. Esto se realizará mediante iteraciones que permitan evaluar la disposición óptima de estos elementos con la finalidad de minimizar el área de reflexión y obtener así un flujo suficiente de energía incidente para procesos que requieran 2-3 kW de potencia. Para la modelación se usó la herramienta Explorador Solar , desarrollado por el Departamento de Geofísica de la FCFM de la Universidad de Chile que permitió la elección del valor de la radiación directa normal, valor necesario para realizar las iteraciones mediante el programa Tonatiuh de trazado de rayos 3D. Por una parte, se crearon los elementos, se definieron sus propiedades superficiales y de forma. Por otra parte, se calcularon las disposiciones espaciales a través de la programación de ecuaciones que permitieron definir las posiciones e inclinaciones de los elementos en función de los 3 parámetros elegidos para las iteraciones: el área del concentrador, el área del heliostato y la distancia focal; para cada uno de ellos se evaluaron 5 valores y se exportaron estas iteraciones para un posterior análisis mediante los programas Phyton y Excel . En Phyton se realizó un análisis de las iteraciones para obtener las configuraciones dentro del rango entre 2 y 4 kW, luego se seleccionaron las que tuvieran menor área reflectiva y entre ellas, mediante el cálculo del 95% del flujo incidente en la superficie focal, se evaluó la configuración con mayor concentración. Por último, la configuración óptima fue evaluada para obtener la Energía diaria concentrada del sistema.