PERSONAL DE APOYO
CADENA Carlos Alberto
convenios, asesorías y/o servicios tecnológicos
Título:
“Desarrollo de una planta piloto modular de 400m2 de colectores solares con concentradores fresnel lineales (escalable industrialmente para desarrollo de central solar termoeléctrica de 1 MW”.
Autor/es:
SARAVIA, GEA, CADENA, CONDORÍ, IRIARTE Y OTROS
Fecha inicio:
2008-02-01
Fecha finalización:
2010-12-31
Naturaleza de la

Producción Tecnológica:
maquina para producir electricidad con vapor con energía solar
Campo de Aplicación:
Energia-Solar
Descripción:
<!-- /* Font Definitions */ @font-face {font-family:Tahoma; panose-1:2 11 6 4 3 5 4 4 2 4; mso-font-charset:0; mso-generic-font-family:swiss; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:1627421319 -2147483648 8 0 66047 0;} /* Style Definitions */ p.MsoNormal, li.MsoNormal, div.MsoNormal {mso-style-parent:""; margin:0cm; margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:none; mso-hyphenate:auto; text-autospace:none; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-ansi-language:ES; mso-fareast-language:ES;} p.MsoBodyText, li.MsoBodyText, div.MsoBodyText {mso-style-link:" Car"; margin:0cm; margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:none; mso-hyphenate:auto; text-autospace:none; font-size:8.0pt; font-family:Arial; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-ansi-language:ES; mso-fareast-language:ES;} a:link, span.MsoHyperlink {color:blue; text-decoration:underline; text-underline:single;} a:visited, span.MsoHyperlinkFollowed {color:purple; text-decoration:underline; text-underline:single;} p {margin-top:5.0pt; margin-right:0cm; margin-bottom:5.0pt; margin-left:0cm; mso-pagination:widow-orphan; mso-hyphenate:none; font-size:12.0pt; font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-ansi-language:ES; mso-fareast-language:AR-SA;} span.Car {mso-style-name:" Car"; mso-style-link:"Texto independiente"; mso-ansi-font-size:8.0pt; mso-bidi-font-size:8.0pt; font-family:Arial; mso-ascii-font-family:Arial; mso-hansi-font-family:Arial; mso-bidi-font-family:Arial; mso-ansi-language:ES; mso-fareast-language:ES; mso-bidi-language:AR-SA;} ins {mso-style-type:export-only; text-decoration:none;} span.msoIns {mso-style-type:export-only; mso-style-name:""; text-decoration:underline; text-underline:single;} @page Section1 {size:21.0cm 842.0pt; margin:70.85pt 3.0cm 70.85pt 3.0cm; mso-header-margin:36.0pt; mso-footer-margin:36.0pt; mso-paper-source:0;} div.Section1 {page:Section1;} /* List Definitions */ @list l0 {mso-list-id:2; mso-list-type:simple; mso-list-template-ids:2; mso-list-name:WW8Num2;} @list l0:level1 {mso-level-text:"%1)"; mso-level-tab-stop:36.75pt; mso-level-number-position:left; margin-left:36.75pt; text-indent:-18.75pt;} ol {margin-bottom:0cm;} ul {margin-bottom:0cm;} -->    Objetivo General   Se propone el desarrollo de un módulo a escala real de un concentrador de energía solar usando espejos de tipo fresnel lineales con 384 m2 de área, para producir vapor de agua a temperaturas de hasta 290 C y presiones hasta 40 kg/cm2 . El vapor será utilizado en una turbina de vapor  generando energía eléctrica o empleado en industrias que necesitan el vapor para el calentamiento de diferentes procesos. El módulo será repetible hasta alcanzar el flujo de vapor necesario. Como ejemplo, la generación de energía electrica  precisa 10.000 m2 de espejos  por cada Mw generado. Estos sistemas de energía solar utilizan la radiación solar como fuente de energía de alta temperatura para producir electricidad. Resulta necesario concentrar los rayos solares para aumentar la densidad de radiación y alcanzar temperaturas medias y elevadas (300ºC hasta 700ºC) con lo cual se obtiene un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico. La captación y concentración de los rayos solares se hace por medio de espejos con orientación automática que apuntan a un absorbedor donde se calienta el fluido. El calor solar recogido durante el día puede almacenarse en medios líquidos o sólidos (sales fundidas, cerámicas, cemento, etc). Por la noche, se extrae este calor para hacer funcionar la turbina. Existe una gran variedad de alternativas tecnológicas que se han desarrollado para diversos segmentos de mercado y que están en diversos niveles de la madurez. Para este proyecto se ha seleccionado la tecnología de los concentradores de fresnel lineales por su bajo costo y baja complejidad constructiva. Ya se ha construido un prototipo previo de 43 m2 de área (ver una foto en resultados preliminares) y sobre esta base se construirá el módulo propuesto. El módulo de 384 m2 está formado por 8 unidades similares al prototipo de 43 m2, con 8 espejos de 1 m de ancho y 6 m de largo cada uno, pero los espejos, e igualmente el absorbedor de todas las unidades están unidos formando un solo bloque con un largo de 48 m y 13 m de ancho en total.   La diferencia más importante radica en su longitud, que pasa de 6 m a 48 m trabajando en serie. El nuevo módulo permitirá realizar los ensayos a escala completa, poniendo a punto aspectos tales como el movimiento de los espejos de esa longitud, el soft completo de control de todo el sistema, el uso de espejos más anchos, etc. Esto se detalla en 2.2 como parte de los “objetivos específicos”. De demorarse la adjudicación de los fondos solicitados, la obtención de este premio permitirá poner a prueba varios de estos aspectos en el prototipo de 43 m2 ya existente.   El uso de un acumulador térmico es importante para asegurar la producción nocturna. Cabe recalcar que las centrales solares térmicas tienen la ventaja de poder acumular calor en vez de electricidad, lo que tiene un costo actual  mucho mas bajo. Aquí se plantea el uso de un acumulador con calentamiento de una masa de hormigón atravesada por caños por los que pasa el vapor para calentarlo.   No se usará una turbina de vapor de agua con este módulo ya que las turbinas de vapor de agua no se fabrican en tamaños pequeños. En cambio será posible utilizar una turbina en el prototipo de 1 Mw.   Factibilidad Se ha seleccionado la construcción de concentradores de tipo fresnel lineal por su bajo costo, relacionado con el hecho de que los espejos usados son planos (aunque se los flexiona ligeramente en forma mecánica al colocarlos para lograr la concentración sobre el absorbedor) de costo mucho menor que los espejos cilindro-parabólicos. La tecnología a usar es desarrollable sin problemas en Argentina, como se ha comprobado en el prototipo de 43 m2 ya construido y ensayado, lo que asegura que el módulo a escala real funcionará en forma adecuada.   Se ha establecido contacto con la empresa ENARSA, la que está interesada en el proyecto y se ha establecido una forma de trabajo en la cual el INENCO se encargará del diseño del campo de espejos que genera el vapor y ENARSA se encargará de la compra e instalación de la turbina necesaria, tema en el cual tiene  experiencia. ENARSA ha planteado la construcción de una central inicial de 1 Mw, lo que ya implica un uso comercial y con la cual se podrán hacer los ensayos de conexión a la red nacional. A posteiri, ENARSA encararía la construcción de una central de 20 Mw. Para construir una planta de esos tamaños es necesaria  la colaboración de una empresa con experiencia en proyectos grandes. ENARSA se encargará de su contratación y el INENCO pondrá a disposición la tecnología solar para su construcción.   Para la construcción del módulo que aquí se propone y la posterior instalación de una central de mayor tamaño se ha seleccionado una zona cercana al pueblo de San Carlos en los valles calchaquíes a unos 30 km de Cafayate, quien tiene buena radiación (altura de 1700 m y lluvias de solo 100 mm anuales), acceso a la red nacional con una línea de 33 Kv que recorre los valles desde Cafayate, buen acceso (pasa la ruta 40 con carretera de asfalto desde Salta Capital). Esa zona no es usable para otros propósitos.   El Gobierno de Salta está muy interesado en el proyecto y ha comprado los terrenos necesarios de esa zona (40 hectáreas), que es privada, a un costo de U$S 60.000, firmando un convenio con ENARSA para su uso.   Es aconsejable usar espejos con vidrio sin contenido de hierro (“vidrio blanco”) en vez del vidrio habitualmente utilizado en ventanas, que tiene un contenido de hierro que baja su transmisibilidad de 90 % a 78%. Este vidrio no se fabrica usualmente en Argentina por no haber mercado. Se ha mantenido contacto con una fábrica grande de vidrio plano en Córdoba la que aseguró que pueden construirlo dada las cantidades necesarias para una planta de 1 Mw, que es de 50 toneladas. Se nos suministró una muestra cuya medida ha dado un valor satisfactorio de la transmisividad, del 90 %.   El único elemento a importar es el espejo de alta reflectividad usado en el absorbedor ( de 86 a 92 % de reflexión). La cantidad a usar es pequeña y normalmente se importa en Argentina por ser usado en las luminarias para viviendas. Estas empresas nos han vendido este material sin problemas a un precio accesible.   El circuito de agua y vapor funciona a 40 kg/cm2 (presión del vapor correspondiente a una temperatura de 280 C),. Las cañerías para estas presiones y temperatura existen en Argentina ya que son las que se usan en calderas y en la industria del petróleo. Ellas fueron usadas en el prototipo de 43 m2. La bomba de agua es de bajo flujo y presión mayor a 40 kg/cm2. No existe problema ya que son del tipo y tamaño utilizado para tareas de lavado a alta presión.   La electrónica necesaria para el movimiento controlado de los espejos y el control del funcionamiento automático de la planta están siendo desarrolladas en el INENCO por sus ingenieros electrónicos. Los espejos deben moverse con precisión en forma muy lenta (del orden de 7,5 grados por hor de rotación para seguir el sol).se utiliza un motor paso a paso de suficiente par y una caja de reducción por 100 para avanzar a la velocidad exigida. El motor paso a paso se maneja con una fuente de frecuencia variable de manera que el movimiento del espejo se pueda aumentar al llegar la noche y se pueda poner el espejo en posición de reposo y seguridad (mirando hacia el suelo) de manera rápida.   Es fundamental asegurar la rigidez de las estructuras que sostienen los espejos y el absorbedor para asegurar la estabilidad de la óptica que debe concentrar los haces de luz con precisión. Los espejos a tamaño real ya han sido usados en el prototipo de 43 m2 sin problemas. Al pasar a los 48 m se usarán estas unidades de 6 m de longitud unidas en forma rígidas entre ellas. Se utilizará una pieza de unión que se ha ensayado poniendo los espejos disponibles en línea para formar una sola línea de 48 m de largo, la que ha mostrado tener la rigidez necesaria.   La construcción del prototipo de 43 m2 se realizó con personal técnico del INENCO. Para el módulo de 384 m2 se encargará la construcción de las partes a empresas de Salta. El armado final estará a cargo de los técnicos del INENCO ya que se requiere una buena precisión con el fin de asegurar la concentración correcta de los haces de luz sobre el absorbedor. En las futuras etapas de 1 Mw o más será necesaria la intervención de una empresa con experiencia en proyectos grandes.   Tares a desarrollar         El Plan de construcción, puesta en marcha y ensayo de la planta piloto es: 1)       Instalación de la infraestructura: nivelación del terreno, colocación de una valla perimetral, instalación del suministro eléctrico, instalación de tanques para suministro de agua, instalación de un local para colocar el sistema de control del equipo y la infraestructura de atención del personal de funcionamiento y mantenimiento. 2)       Diseño de componentes: ajuste del diseño de los colectores, absorbedores, circuito de flujo de agua y control del sistema. Se usan programas ya preparados para el diseño de los prototipos anteriores. 3)       Colocación de la estructura base para la colocación de los concentradores y del absorbedor en el predio de 48 m por 13,4 m. 4)       Construcción e instalación del absorbedor de 48 m de largo en secciones de 6 m cada una, a 6,5 m de altura por encima de los concentradores. Comprende la colocación de una superficie selectiva en los caños del absorbedor, construcción de la estructura de soporte de los caños y de la aislacion térmica y colocación del plástico de cierre de la cavidad. 5)       Construcción y colocación de los 64 espejos a razón de 8 espejos por cada una de las 8 unidades. Comprende la colocación del eje de unión entre bastidores,  la regulación de los espejos para concentrar la radiación sobre el absorbedor y el ajuste de la posición de los espejos para que la radiación reflejada por cada uno incida simultáneamente sobre el absorbedor. 6)       Construcción e instalación de los motores de seguimiento solar que mueven los espejos y del circuito eléctrico de alimentación. 7)       Instalación del circuito cerrado de agua destilada que alimenta los absorbedores para producir vapor, lo que comprende la bomba de alta presión, el tanque de agua destilada , las cañerías de conexión y los circuitos eléctricos de alimentación. 8)       Colocación de los sensores de medida de temperatura, presión, flujo de agua, flujo de vapor, estación meteorológica con medida y registro automático de temperatura, radiación, viento y lluvia. 9)       Instalación de los circuitos de control por computadora del prototipo 10)    Construcción del acumulador 11)   Ensayo y control de funcionamiento del prototipo. generando vapor de alta y de baja presión. Ensayo de posibles usos agronómicos. Preparación de las memorias técnicas y planos necesarios para la transferencia del módulo.