RT Generic
T1 Análisis y optimización del diseño de los tubos de un receptor solar de torre central
A1 Ramón Blanco, Leticia
AB Los receptores son el elemento más crítico de las torres termosolares debido a lascondiciones de trabajo extremas a las que están expuestos. Estas condiciones suelenproducir roturas en los tubos que forman cada uno de los paneles del receptor, llevando aparadas indeseadas de la central y a unas pérdidas económicas que reducen laconfiabilidad y la eficiencia de estas plantas.En la actualidad, la geometría de los receptores no se ha optimizado todavía y continúanproduciéndose fallos en los tubos, por eso en este trabajo se ha realizado un estudio delos parámetros característicos de geometría y de funcionamiento de un receptor externocilíndrico, así como de los problemas que suelen surgir en estos, para conocer lainfluencia que tiene la variación de dichos parámetros en el funcionamiento de la centraly cómo podrían optimizarse. En este proyecto se ha propuesto una nueva solución que consiste en aumentar laseparación entre tubos del receptor para que llegue un mayor flujo de calor a la partetrasera y así conseguir aumentar la temperatura de trabajo del receptor. De esta forma seconsigue reducir el gradiente de temperaturas entre la superficie externa y la superficieinterna del tubo, causa principal de la generación de tensiones térmicas. Por tanto, se harealizado un estudio de las separaciones tanto entre tubos como con la pared que seencuentra en la zona posterior de estos para optimizar la geometría, además de pruebascon diferentes condiciones de contorno como distintos fluidos de trabajo o diferentesmateriales de los tubos. También se ha estudiado la influencia del flujo de radiaciónincidente en el receptor, de la temperatura media de trabajo y del flujo másico de fluidoque circula por el receptor. Además, se ha realizado un pequeño estudio de la influenciadel viento en el comportamiento de estos receptores. Las simulaciones de los diferentes casos se han realizado con el software Ansys Fluent19.1 y el análisis posterior se ha realizado mediante el software MATLAB para conseguirunos resultados más precisos. Se ha estudiado la temperatura en las superficies interna y externa de un tuborepresentativo y se ha obtenido que la separación entre tubos tiene una influencia muynotable en el comportamiento del receptor, mientras que la separación trasera apenasinfluye en los resultados. Además, se ha observado un buen comportamiento utilizando metales fundidos como fluido de trabajo, dado que refrigeran mejor la superficie de lostubos y permiten aumentar la temperatura de trabajo. Para permitir aumentar estatemperatura, se ha llegado a la conclusión de que el material más adecuado para los tuboses el Incoloy 800H, además de obtenerse muy buenos resultados utilizando este material.
AB Solar receivers are the most critical element of the solar power towers due to the extremeconditions that they are exposed. These conditions usually produce ruptures in the tubesthat form each of the panels of the receiver, leading to unwanted stops and economiclosses that reduce the reliability and the efficiency of these plants. Currently, the geometry of these receivers has not been optimized yet and failurescontinue to occur in the tubes. For this reason, in this work a study of the characteristicparameters of geometry and operation of a cylindrical external receiver has been carriedout, as well as the problems that usually arise in these to know the influence of theseparameters on the operation of the plant and how they could be optimized. In this project, a new solution has been proposed that consists in increasing the separationbetween receiver tubes so that a greater heat flow reaches the rear and thus achieves anincrease in the working temperature of the receiver. In this way, it is possible to reducethe temperature gradient between the external surface and the internal surface of the tube,the main cause of generation of thermal stresses. Therefore, a study of the separationsbetween tubes and with the wall at the back of the tubes has been carried out to optimizethe geometry, in addition to tests with different boundary conditions as different workingfluids or tube materials. The influence of the incident radiation flow on the receiver, theaverage working temperature and the mass flow has also been studied. In addition, a smallstudy of the influence of wind on the behavior of these receptors has been carried out.The simulations of these cases have been carried out with the software Ansys Fluent 19.1and post-processed with the software MATLAB to obtain more precise results.The temperature on the surfaces of a representative tube has been studied and it has beenobtained that the separation between tubes has a very remarkable influence on thebehavior of the receiver, while the rear separation hardly influences the results. Inaddition, good behavior has been obtained using molten metals as working fluid, becausethey cool the surface of the tubes and allow to increase the working temperature. To allowto increase this temperature, it has been concluded that the most suitable material for thetubes is the Incoloy 800H, in addition to obtaining very good results using this material.
YR 2019
FD 2019-07
LK https://hdl.handle.net/10016/30042
UL https://hdl.handle.net/10016/30042
LA spa
DS e-Archivo
RD 31 may. 2024