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http://cimav.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1004/172| Diseño y simulación de chimenea solar con ángulo de inclinación y cambio de geometría en el colector y aceleración del flujo en la chimenea | |
| Miguel Agustín Heredia Vázquez | |
| RICARDO BELTRAN CHACON ANGEL MARROQUIN DE JESUS | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| La creciente escases de recursos energéticos fósiles, con el consecuente
incremento de sus costos, así como sus dañinos efectos ambientales asociados a las
técnicas actuales de generación de energía eléctrica convencionales hacen inminente y
urgente el desarrollo de tecnologías sustentables y renovables, dentro de las cuales
destaca el sistema solar de chimenea por su principio de funcionamiento altamente
sostenible y mínimo impacto ambiental.
Conociendo que una de las limitaciones para el uso extensivo de esta tecnología
es la disponibilidad y captación de la radiación solar útil, y la conversión de ésta en
energía térmica, y consecuentemente, en energía cinética del aire; en el presente trabajo
se investigó la optimización en el aprovechamiento de la energía solar disponible
mediante la sustitución del tipo de colector horizontal con chimenea cilíndrica
convencional por un sistema con colector inclinado triangular convergente y chimenea
convergente.
Para realizar el análisis del sistema propuesto se desarrolló una herramienta
computacional de los principales componentes que conforman el sistema; colector solar y
chimenea.
Se realizó una validación del simulador utilizando datos teóricos y experimentales
reportados en la literatura, de donde se obtuvieron resultados satisfactorios. Se propone
además una metodología para la determinación del ángulo óptimo de inclinación del
colector en función del lugar geográfico proyectado del emplazamiento.
En relación al sistema convencional, los resultados obtenidos indican que en el
sistema propuesto, con la elección del ángulo óptimo de inclinación del colector en el
lugar del emplazamiento modelado es posible lograr un incremento del 6.8% promedio
anual en la captación de radiación solar, incrementar la radiación solar promedio mensual
absorbida un 11.38%, y en el flujo de calor un 49.75%. También con el cambio en la
geometría del colector y de la chimenea, las simulaciones realizadas en software que
utiliza técnica de elemento finito indican que es posible incrementar la velocidad del flujo
a la salida del colector hasta en 762%, la diferencia de presión total generada y la
diferencia de presión disponible para ser extraída por la turbina un 601%. De igual
manera, en la chimenea convergente se obtiene una eficiencia de conversión de energía
térmica en flujo para la potencia disponible de 60%.
El sistema propuesto es técnicamente atractivo y competitivo como alternativa sustentable para la generación de energía eléctrica, no obstante aún presenta retos en cuestión de optimización de diseño y dimensiones. The growing scarcity of fossil fuels, with the consequent increase in their costs and their harmful environmental effects associated with current techniques for conventional power generation making imminent and urgent to develop sustainable and renewable technologies, among which stands out the system Solar chimney for its first fully sustainable operation and zero gas emissions and wastes contributing to greenhouse the environment. Knowing one of the limitations to the widespread use of this technology is the availability and uptake of useful solar radiation and its convertion into heat energy, and consequently, also in kinetic energy of the air; the investigation was based in the optimization in the use of solar energy available, replacing the horizontal collector with cylindric and conventional chimney for a sloping triangular and convergent collector system with convergent chimney. For current study was developed a numerical simulator of the main components that make up the system: solar collector and chimney. A validation of the simulator was made using theoretical and experimental data reported in the literature, where a satisfactory result was performed. It also proposes a methodology for determination of the optimal tilt angle of the collector according to the projected location of the place. Related to the conventional system, the results indicate that the proposed system, with the choice of the optimal tilt angle of the collector in location, modeling system can achieve an annual average increase of 6.8% in the uptake of radiation, increase monthly average solar radiation absorbed in 11.38%, and heat flow grows 49.75%. Also with the change in the geometry of the collector and the chimney, simulations indicate that it is possible to increase the flow rate of the collector up to 762%, the difference of total pressure generated and the difference of available pressure to be output by the turbine is 601%. Similarly, in the convergent chimney, convertion efficiency of thermal energy flow is gotten for the power available in 60%. The proposed system is technically attractive and competitive as a sustainable alternative for electric generation, yet still presents challenges in matter of design and dimensions’ optimization. | |
| 2014-06 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| TECNOLOGÍA ENERGÉTICA | |
| Aparece en las colecciones: | Maestría en Energías Renovables |
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