Publicación: Sistema para la Generación de Energía Eléctrica Mediante el Aprovechamiento de la Energía Solar
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Resumen en español
En este trabajo se diseña un helióstato para una central térmica solar, para la generación de energía eléctrica limpia y de esta forma reducir el daño al medio ambiente. El proceso de una central térmica solar comienza con la recolección y reflexión de los rayos solares. La recolección y reflexión de los rayos solares se hace por medio del helióstato; primero se calcula la posición del sol con respecto a cada helióstato, luego se calcula la posición de cada helióstato con respecto al receptor en la torre y por último se calcula la posición que debe de tomar cada helióstato para reflejar los rayos solares sobre el receptor de la torre. Después que todos los helióstatos están en la posición deseada, los rayos solares se concentran en el receptor ubicado en lo alto de la torre obteniendo como resultado un aumento en la temperatura del receptor. De forma equivalente, se obtiene un aumento en la temperatura del fluido el cual por efecto del calor se convierte en vapor. El vapor mueve una turbogeneradora, hasta convertir la energía térmica a energía eléctrica. El diseño para la captura de los rayos solares o helióstato se divide en tres partes fundamentales, el diseño mecánico, el sistema motriz y el sistema de control. Para cada uno de ellos, se realiza un diseño conceptual hasta obtener la mejor solución para el problema planteado. El diseño mecánico comprende los cálculos de esfuerzos generados por la estructura y por factores externos, como el viento. Esto determina las dimensiones y los materiales adecuados que componen la estructura. El sistema motriz, debe de seleccionarse de acuerdo con los resultados obtenidos en la fase de diseño mecánico, de modo que éste tenga la capacidad suficiente de aportarle al sistema el movimiento deseado. Por último, se realizan los cálculos para encontrar la orientación de cada uno de los espejos en un instante determinado de acuerdo con el movimiento del sol. El diseño final cuenta con un desarrollo en donde se exponen los análisis de esfuerzos para cada uno de los componentes del helióstato. Con base en estos resultados se realiza la selección de material de cada elemento. Se eligen partes comerciales como rodamientos, empaques y sujetadores. Y por último se muestra el ensamble del sistema.
Resumen en inglés
Abstract: In this paper a design of a heliostat is made for a solar thermal power plant which generates clean electricity and thus reduces the damage done to the environment. The process of a solar thermal plant starts with the collection and reflection of sunlight. The collection and reflection of solar rays is made by the heliostat, first is needed to calculate the sun position for each heliostat, then calculate the position of each heliostat with respect to the receiver on the tower and finally calculate the position each heliostat should take to reflect sunlight onto the receiver of the tower. After all the heliostats are in position, the sun's rays are concentrated on the receiver located on top of the tower which resulted in a rise of temperature from the receiver. Correspondingly, an increase in the fluid temperature is obtained which is converted into steam by the heat. The steam drives a turbogenerator to convert thermal energy to electrical energy. The design for capturing sunlight or heliostat is divided into three main parts, the mechanical, powertrain and control system design. For each of them, a conceptual design is performed to obtain the best solution to the problem. The mechanical design includes calculations of stresses generated by the structure and external factors like wind. This determines the size and the right materials that will compose the structure. The drive system must be selected according to the results obtained in the mechanical design phase, so that it has enough capacity to give the system the desired motion. Finally, the calculations are made to find the orientation of each mirror at a particular instant in accordance with the movement of the sun. The final design has a development which sets out the stress analysis for each of the components of the heliostat. Based on these results the selection of material for each item is made. Commercial parties are chosen as bearings, gaskets and fasteners. And finally the assembly of the system is shown