Evaluación del efecto del uso de reflectores secundarios de distintas geometrías en colectores cilindro parabólico

Abstract

Los concentradores solares de tipo cilindro parabólicos son una de las tecnologías de concentración solar más desarrolladas y completas. Sin embargo, por sus características, condiciones ambientales y las temperaturas que se alcanzan, se producen pérdidas tanto térmicas como ópticas. Diversos estudios han demostrado que al agregar un reflector secundario al concentrador, éste mejora su desempeño tanto térmico como óptico, por lo que el sistema se vuelve más eficiente, compensando en parte las pérdidas asociadas al sistema. Este trabajo tiene como objetivo la evaluación del efecto de la geometría del reflector secundario en el desempeño de un concentrador, evaluando principalmente la uniformidad del flujo en el absorbedor, eficiencia óptica y potencia estimada. Para ello, primero se definen dos tipos de geometría a utilizar y sus variaciones, luego estas son creadas y simuladas mediante el software de trazado de rayos Tonatiuh para posteriormente analizar los resultados obtenidos utilizando Mathematica, Excel y Python. Las geometrías evaluadas son reflectores simétricos compuestos por una sucesión de espejos, cada reflector está definido por el ancho y ángulo de apertura, este último corresponde a la separación entre los espejos que componen el reflector. La geometría 1, compuesta de dos espejos, presenta un aumento mínimo de 36% en la uniformidad del flujo en el absorbedor, mientras que la eficiencia óptica y potencia alcanzan una disminución máxima de 8%; para la geometría 2, compuesta por cuatro espejos, estos indicadores toman valores límite de 41% y 10%, respectivamente. Estas comparaciones son en relación al desempeño del concentrador original, es decir, sin reflector secundario. El estudio muestra que independiente de la geometría, añadir un reflector secundario aumenta la uniformidad total de la distribución del flujo en el absorbedor, sin embargo esto conlleva una disminución en la eficiencia óptica y la potencia del absorbedor, esta disminución depende del ancho y ángulo de apertura del reflector secundario, ya que el primero limita la sombra generada por el reflector y el segundo determina la dirección de los rayos reflejados.