Optimización de un receptor tipo tubo bayoneta

Abstract

El cambio climático, la sobreexplotación de los recursos naturales y por ende, la cada vez mayor escasez de estos ha provocado que durante varios lustros se esté investigando y desarrollando nuevos métodos de energía alternativa y limpia. La energía solar es una de las energías renovables que se encuentra en auge y que mayores beneficios puede aportar, ya que, el Sol es un recurso ilimitado capaz de generar grandes cantidades de energía siempre y cuando se consiga aprovechar de manera eficiente. Uno de los métodos desarrollados para obtener energía a partir de la gigante roja son las denominadas Centrales Solares de Tipo Torre. En ellas, la disposición de una gran cantidad de paneles solares permiten concentrar la radiación proveniente del Sol en un único punto, para que de esta manera, poder generar grandes cantidades de energía la cual es utilizada para producir electricidad. No obstante, el receptor solar de este tipo de centrales está expuesto a temperaturas muy elevadas por lo que suelen producirse roturas en los materiales de trabajo, además, debido al sistema de refrigeración que utilizan, haciendo uso de fluidos que deben ser capaces de trabajar a esas temperaturas, son muy habituales los problemas debido a efectos de corrosión. Por medio de CFD se analizan diversos modelos de capuchones, los cuales se encargan de la recirculación del fluido en los límites de los tubos, para conocer el comportamiento que tienen distintos fluidos refrigerantes. A su vez también se estudia la influencia de que exista una excentricidad entre el tubo interior y el tubo anular. Para poder comparar todos los modelos realizados se va a utilizar un código de Matlab que permite graficar los resultados para una mejor interpretación de los resultados. Tras ser analizados cerca de doscientos casos distintos se comprueba que a excepción del fluido LBE, el resto de los fluidos presentan un comportamiento similar, generando menores pérdidas de carga el sodio, además aumentar el valor de excentricidad y la separación de los capuchones con respecto la zona tubular, la pérdida de carga también presenta valores inferiores. Los capuchones con forma semicircular y forma con una bifurcación unido a una separación adicional son los que presentan los valores más favorables para su utilización.

Global warming, the natural resources overexploitation and therefore its reduction over the years are the main facts that for several decades new developments and researches of alternative and clean energy methods is being investigated. Solar energy is one of the renewable energies that is booming and can bring greater benefits, due to an unlimited resource capable of generate huge amounts of energy if it´s used properly called the Sun. One of the developed methods to obtain energy from the Red Giant are the Solar Power Towers. In them, the arrangement of a huge number of heliostats allow to concentrate the radiation from the Sun into a single point generating thermal energy used to produce electricity. However, the solar receiver of this type of Power Towers is exposed to a very high temperature levels, which tends to develop breakages throught materials, in addition, due to the cooling system which provides this Power Plants, using fluids that are able to work at these temperatures, corrosion effects can be a very common problem. A diversity of cap models are analyzed using CFD, which are the main factor to produce the recirculation of the fluid at the limit of the tubes, just to know the behavior of different cooling fluids. The influence o fan eccentricity between the inner tube and the annular tube is also studied. In order to compare all the models and factors studied a Matlab code is going to be used to graph the results to compare them in a better way. After being analyzed about two hundred different cases, it is verfied that the fluids have a similiar behavior with the excenption of the LBE fluid, obtainig greater results using sodium with lower head losses, also increasing the eccentricity factor and the separation between the cap and the tubes can generate lower head losses. The hoods with a semicircular and a fork attached to an additional separation form are those that generate the most favorable values for their use.