Estudio teórico-experimental de la generación directa de vapor en el receptor de un sistema termosolar de torre central

Abstract

El objetivo general de este trabajo fue “Estudiar teórica y experimentalmente la generación directa de vapor en el receptor de un sistema termosolar de torre central”, por lo tanto, los artículos publicados están concordancia con este objetivo. En la primera etapa de la tesis, se trabajó en la parte experimental, la idea original era implementar un prototipo de un receptor plano con aletas como receptor termosolar para la generación directa de vapor de agua. Primero se realizó un estudio calorimétrico de este receptor, con la finalidad de ver el potencial térmico del campo de pruebas de heliostatos (CPH), así como la operación del sistema experimental. En esta primera etapa se concluyó que la potencia térmica que aporta actualmente el CPH no es suficiente para la generación directa de vapor. Los resultados de esta etapa experimental se publicaron en el artículo “Thermal analysis of a finned receiver for a central tower solar system” en la revista Renewable Energy (indizada en el JCR), y en el artículo de ponencia internacional “Experimental Analysis of a Flat Plate Receiver for Measurement of Low Thermal Power of a Central Tower Solar System” publicado por AIP Conference Proceedings, en los cuales aparezco como colaborador. Como segunda etapa se realizó el estudio teórico, donde lo primordial consistió en obtener una metodología numérica que fuese capaz de reproducir el fenómeno a estudiar (generación directa de vapor utilizando radiación solar concentrada). Se realizó una exhaustiva y especializada revisión bibliográfica, de la cual se concluyó principalmente el tipo de receptor solar que se estudiaría (receptor tubular externo), los modelos matemáticos a implementar y la obtención de datos experimentales para la validación de la simulación numérica. Una vez que se definió la metodología a seguir, esta se fue puliendo con ayuda de los resultados experimentales obtenido de la literatura. Con la finalidad de ver el alcance de esta metodología se realizó un estudio paramétrico en 2D bajo un flux solar uniforme en toda la superficie externa del tubo receptor, como una primera aproximación del problema a resolver. En este estudio se observó el efecto de la generación de vapor variando el flux másico, el flux de calor y la longitud del sistema. Los resultados de este trabajo se publicaron en la revista de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Mecánica: Tecnología y Desarrollo (la cual esta indizada en el catálogo de revistas científicas de Conacyt), con el título “Computational Modeling of Direct Steam Generation in Pipes Receiving Concentrated Solar Radiation” en el cual aparezco como primer autor. En la tercera etapa se planteó una situación más cercana a la realidad. Se pasó a un sistema 3D, bajo las consideraciones principales de tener un flux solar uniforme aplicado en la mitad del tubo receptor, puesto que en los sistemas reales solo un área del receptor es iluminada. En esta etapa se hizo un estudio paramétrico en el cual se varió la magnitud del flux másico y del flux de calor. Los resultados de este estudio se publicaron en el artículo “Three-dimensional numerical study of direct steam generation in vertical tubes receiving concentrated solar radiation” en la revista International Journal of Heat and Mass Transfer (indizada en el JCR). En este artículo también aparezco como primer autor. Como continuación del estudio anterior, se hizo el estudio de un sistema variando el efecto de la uniformidad del flux solar. Se observó que la distribución del flux de calor solar afecta el proceso de generación de vapor. Los resultados de este estudio se publicaron en el artículo “Effect of non-uniform concentrated solar flux on direct steam generation in vertical pipes of solar tower receivers” en la revista Solar Energy (indizada en el JCR). En este artículo aparezco como primer autor. De manera general se puede concluir que, con los resultados obtenidos se cumplió con los objetivos planteados en este trabajo Doctoral. Como complemento a la relatoría se anexan las publicaciones mencionadas previamente.