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Sistemas cilindroparabólicos

Estos sistemas de reflexión consisten en espejos con un perfil parabólico que concentra la radiación solar en su foco, la estructura que los soporta, un sistema orientador y un sistema de control para reflejar correctamente los rayos del sol. Los espejos suelen medir varios metros de longitud por lo que se genera un foco longitudinal en la dirección del cilindro en el que se aprovecha a colocar un conducto por el que circula un fluido que recibe la energía térmica y se calienta. Así pues hay dos usos mayoritarios, el primero es el que usa el liquido calentado para producir electricidad mediante unas turbinas, y el segundo se utiliza simplemente en procesos que se necesita calor y se aprovecha el fluido calentado por la radiación solar. Los espejos que se utilizan son vidrios libres de hierro y según el grosor de estos se pueden subdividir en dos tipos principales:

  • Espejos finos (0.8 mm de espesor). Estos espejos están sujetos a una estructura que es la que le da la forma, además son bastante efectivos y baratos pero sin embargo tienen mayores problemas de corrosión si por ejemplo no están bien fijados a la estructura
  • Espejos gruesos (3~5 mm de espesor). Estos espejos son curvados en la fábrica y aunque no son los más efectivos, son los que se usan mayoritariamente.

La función de la estructura que soporta el espejo es conseguir que esta no se deforme y refleje la radiación al fluido de la forma más eficaz posible. Hay varios tipos de estructura en los que la amplitud de la parábola se sitúa entre los 3 y los 5 metros de extremo a extremo.

Los conductos están fabricados por un tubo interior de acero y otro exterior de vidrio. Con esto se pretende maximizar la absorción de la energía focalizada por el concentrador intentando reducir al mínimo las perdidas por radiación (ya que todo cuerpo con una temperatura elevada tiene unas pérdidas de energía por radiación que no son despreciables). En estos conductos es donde la energía solar se utiliza para calentar el fluido de trabajo.

En cuanto a los fluidos usados en el circuito, el que más se ha utilizado históricamente son los aceites térmico como el terminol o la caloría que puede alcanzar temperaturas de hasta 400 ºC y los 300ºC respectivamente. También se puede utilizar agua y generarse directamente en los conductos el vapor que hace girar las turbinas que además permite soportar temperaturas mayores de los 400 ºC consiguiendo así una mayor eficiencia. Otro fluido utilizado son sales fundidas de sodio o potasio que tienen una capacidad calorífica elevada y funcionan muy bien como fluido de trabajo pero tienen un punto de fusión un poco elevado por debajo del cuál no debería encontrarse ya que podría crear problemas en las bombas, los conductos, etc.

Para girar la estructura se utilizan motores eléctricos si ésta es pequeña o hidraúlicos si la estructura es más grande. Como normalmente se usan bastantes colectores en serie, es necesario poder conectar un colector con el vecino, que se consigue utilizando mangueras flexibles o uniones rotatorias.

La orientación de los ejes de los cilindros parabólicos puede ser de dos tipos:

  • Eje en la dirección norte-sur (seguimiento del sol este-oeste): con este método se consigue una mayor producción energética anual. Sin embargo, a mediodía no se consigue un ángulo de incidencia del sol de 0º por lo que hay algunas pérdidas de reflexión. En verano hay muchas más producción que en invierno.
  • Eje en la dirección este-oeste (seguimiento del sol norte-sur): según este procedimiento se consigue una producción anual más equilibrada. La eficiencia máxima es al mediodía.

Este comportamiento depende del hemisferio donde se encuentre, siendo la descripción dada para el caso del hemisferio norte y el inverso para el sur.

La eficiencia final de la planta depende del porcentaje de radiación que calienta el fluido. Este porcentaje ronda el 60% y depende de factores tales como el índice de reflexión de los espejos, el índice de refracción del tubo de vidrio, el índice de absorción del acero y el factor de dispersión del aire. Hay pérdidas por convección, conducción y radiación del tubo; por la sombra que proyecta el colector y otros espejos anexos y por mala reflexión cuando el sol está a 0º en los sistemas con ejes norte-sur. El porcentaje de energía máximo que se transforma en electricidad es de alrededor de un 15%~20%.

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