Eficiencia energética
RECEPTOR SOLAR DE SERPENTIN PARA DISCO STIRLING
Comenzamos el año incluyendo en nuestra sección de Patentes Verdes, la última invención de ABENGOA SOLAR: Receptor solar de serpentín para disco Stirling y el método de fabricación.
La invención se encuadra dentro la tecnología de los colectores solares y más concretamente se centra en el diseño de receptores solares para disco Stirling.
Los sistemas disco Stirling son unidades de generación de electricidad que usan la radiación solar como fuente de energía. La capacidad de una sola unidad está entre 3 y 50 kWe. Los sistemas disco Stirling transforman con alta eficiencia la radiación solar concentrada en energía eléctrica.
Los componentes esenciales del sistema son:
• Concentrador solar parabólico.
• Sistema de seguimiento.
• Motor Stirling con generador eléctrico.
• Intercambiador de calor solar (receptor solar).
El modo de funcionamiento de un sistema de disco Stirling es el siguiente: el concentrador refleja la radiación solar hacia el receptor que está situado en el punto focal del concentrador. La radiación solar se absorbe en el receptor y este calienta el gas (helio o hidrógeno) del motor Stirling a temperaturas que rondan los 650ºC. Este calor se convierte en energía mecánica en el motor Stirling. Un generador eléctrico convierte esta energía mecánica en electricidad. Para conseguir que la radiación reflejada incida en el punto focal durante todo el día, un sistema de seguimiento solar mueve el concentrador continuamente para seguir la trayectoria del sol.
La tecnología de los receptores solares se desarrolla en función del tipo de proceso en el que se vaya a utilizar, es decir, el tipo de planta y el ciclo utilizado. La invención que se presenta se refiere a la planta de recepción solar con disco y el ciclo es el de Stirling. Por supuesto, es interesante conocer los antecedentes y desarrollos previos utilizados en aplicaciones solares. Las tecnologías utilizadas para plantas solares de receptores de torre suponen un referente de aplicación.
En particular, para el disco parabólico Stirling se utilizan dos tipologías de sistemas receptores:
• Sistemas receptores externos.
• Sistemas receptores de cavidad.
La invención tiene como objetivo proporcionar un receptor solar que, superando las deficiencias encontradas en los anteriores diseños:
- Aumente la resistencia a fatiga térmica
- Minimice las sombras entre tubos
- Que sea de tubos directamente iluminados, para simplificar el sistema evitando la inclusión de un fluido caloportador intermedio y de un intercambiador de calor adicional así como para flexibilizar el diseño óptico del
concentrador y que el motor pueda funcionar en otras posiciones que no sea de espaldas al sol
- No deje huecos entre los tubos al deformarse por dilataciones, escapándose la radiación solar concentrada por dichos huecos
- Fácilmente soldable
- Que reduzca las pérdidas de carga.
El nuevo diseño permite pues aumentar la eficiencia del disco y reducir los costes de fabricación y de operación y mantenimiento.
Además ofrece la posibilidad de:
- Refrigerar fácilmente ante sobretemperaturas (ventilador) ...seguir leyendo este artículo sobre energía »
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FOTOBIORREACTOR PARA EL CULTIVO CONTINUO DE MICROALGAS
Hoy dentro de nuestra sección de Patentes Verdes os dejamos una nueva invención del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), relacionada con las energías renovables: Fotobiorreactor para el cultivo en continuo de microalgas y sistema modular que comprende dichos fotobiorreactores.
La invención se puede incluir en el campo de la acuicultura, en particular en el campo del cultivo de microalgas. El objeto de la invención se centra en un fotobiorreactor para el cultivo en continuo de microalgas, así como en un sistema modular que comprende dichos fotobiorreactores.
En los últimos años, se han hecho avances en el diseño conceptual de fotobiorreactores para el cultivo de microalgas, en general se considera que para llevar a cabo la producción masiva de microalgas es imprescindible seleccionar adecuadamente el diseño de reactor que se va a utilizar. Para ello se deben tener en cuenta una serie de parámetros función del microorganismo que se va a emplear, como condiciones óptimas de crecimiento y resistencia a variaciones ambientales, así como parámetros económicos, tales como valor del producto obtenido, capital inmovilizado necesario, costos de operación estimados, etc.
Las áreas de trabajo en este campo implican:
- Caracterización fluidodinámica y de transferencia de materia y energía.
- Cuantificación de los fenómenos de estrés a que se ven sometidas las células.
- Determinación de la disponibilidad de luz por las células individuales.
- Determinación y control de las variables de operación (pH, temperatura, CO2, O2 etc.)
- Productividad del sistema.
Estas áreas están interrelacionadas, así la caracterización fluidodinámica y transferencia de materia y energía influye y a la vez estará determinada por el estrés producido en las células o sus necesidades en cuanto a temperatura y también sobre las variables de operación a controlar como nivel y remoción de oxígeno, CO2 y control de pH, etc. Todo ello influye en la productividad del sistema. En general, en un mismo fotobiorreactor es posible establecer diferentes condiciones de mezclado para manipular el régimen de iluminación y así la tasa de fotosíntesis. Los sistemas basados en la aireación del cultivo con aire comprimido (airlift), se emplean comúnmente por su sencillez y porque pueden diseñarse para inducir un esfuerzo de corte pequeño que no cause daño mecánico a las células.
El problema técnico que se plantea trata de la necesidad de producción de microalgas con una relación producto/coste optimizada mediante el diseño de fotobiorreactores que permitan alcanzar alta productividad media sin forzar el cultivo, a unos costes moderados y con un grado de automatización y control elevado, de tal manera que se posibilite la optimización de una curva de crecimiento en unas condiciones, si bien no enteramente axénicas, al menos acotadas y fiables, además de escalabilidad.
Descripción de la invención
La invención resuelve el problema técnico planteado por medio de un fotobiorreactor modular para el cultivo en continuo de microalgas cuyo funcionamiento está basado en la conjunción de una columna de burbujeo y de un sistema de riego localizado. Por una parte, la columna se burbujeo se asimila en la invención a una planta receptora de medio de cultivo (riego y abonado) de un sistema de riego localizado y, por otra parte, por medio de la invención se adapta un sistema de riego por goteo a un cultivo acuícola, obteniéndose en un sistema de riego por inundación controlada dentro de una cámara de cultivo, dado que l microalga objeto del cultivo vive sumergida. Un posterior drenaje se identifica con la cosecha o recolección.
La invención resuelve el problema técnico de obtener cultivos de microalgas en un fotobiorreactor con productividad moderadamente alta y alta escalabilidad y sin necesidad de elevadas inversiones, debido a su facilidad de implantación a su bajo coste y su versatilidad, así como a su capacidad para reutilizar materias primas alternativas, en ocasiones obtenidas de la propia explotación, como son las cenizas de poda o salmueras de desaladora. Adicionalmente, el empleo del fotobiorreactor de la invención posibilita una rentabilidad elevada que permite alcanzar una relación producto/coste optimizada debido a que dicho biorreactor no ejercita elevados esfuerzos cortantes sobre las células del cultivo, requiere bajo mantenimiento y posee alto grado de automatización, permitiendo además una densidad de cultivo (litros/m2) igual o mayor que el sistema de estanques con una superficie de iluminación tres veces mayor.
Se aplica preferentemente a sistemas cerrados, puesto que permiten un mejor control de las condiciones de operación. Dentro de los sistemas cerrados, son aún más preferidos los de tipo de fotobiorreractor con forma de columna de burbujeo, de mezcla continua y de tipo modular, lo que permite el escalado por medio agrupación modular de fotobiorreactores.
Como se ha comentado anteriormente, la invención trata de un sistema modular de fotobiorreactores cerrados para el cultivo de microalgas en un medio de cultivo continuo. Los biorreactores se conectan entre sí en serie o en paralelo según módulos que, a su vez, se pueden agrupar en sectores, etc. de forma que cada unidad superior de agrupación a partir de un simple fotobiorreactor está controlada por un programador.
El circuito de aireación permite suministrar CO2 en el interior de la cámara de cultivo y retirar a su vez O2 de dicha cámara de cultivo. Dicho circuito de aireación comprende un compresor y un filtro, a través de los cuales el aire exterior se impulsa hacia el fondo de la cámara de cultivo y posteriormente hacia el exterior en forma de burbujas, con un caudal regulable en intensidad y en tamaño de burbujas, por medio del compresor y de unos difusores. La regulación del circuito de aireación es independiente del control establecido por el programador.
FUENTE | OEPM
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TORRE PARA PLANTA DE CONCENTRACION SOLAR CON REFRIGERACION DE TIRO NATURAL
Hoy en nuestra sección de Patentes verdes incluímos una nueva invención de la empresa ABENGOA SOLAR dentro del campo de la energía solar: Torre para planta de concentración solar con refrigeración de tiro natural.
La invención se refiere a plantas de concentración solar de tecnología de torre con sistema de tiro natural y separación física del evaporador y el sobrecalentador así como control dinámico adaptativo del campo de helióstatos, para producción de electricidad, producción de calor de proceso, producción de combustibles solares o aplicación a procesos termoquímica.
Dentro de los sistemas de alta concentración solar podemos distinguir los discos Stirling, los colectores cilindro-parabólicos y la tecnología que actualmente nos ocupa, tecnología de receptor central.
Los sistemas de receptor central están constituidos por un campo de helióstatos, siendo estos espejos de gran superficie (40-125 m2 por unidad) denominados helióstatos con seguimiento solar, que reflejan la radiación solar directa sobre uno o varios receptores centrales situados en la parte superior de una torre de gran altura. Estos receptores se encuentran habitualmente albergados en cavidades “escavadas” en la propia torre.
La radiación solar concentrada calienta en el receptor un fluido, cuya energía térmica puede después utilizarse para la generación de electricidad.
En los sistemas de receptor central la tecnología agua-vapor es actualmente la más habitual, empleándose tanto vapor saturado como sobrecalentado como fluido calo portador. Con el fin de reducir el autoconsumo eléctrico en las plantas térmicas convencionales se utiliza lo que se denomina torres de tiro natural o de tiro hiperbólico.
El flujo de aire a través de la torre de tiro natural se debe en su mayor parte a la diferencia de densidad entre el aire fresco de la entrada y el aire tibio de la salida eliminando con ello la necesidad de ventiladores mecánicos. Estas torres tienen bajos costos de mantenimiento y son muy indicadas para enfriar grandes caudales de agua.
Las torres de tiro natural han de ser altas y además, deben tener una sección transversal grande para facilitar el movimiento del aire ascendente.
Descripción de la invención
La invención que actualmente se plantea es la de una torre solar que se emplea como torre de refrigeración mediante tiro natural en una planta de concentración solar de energía solar termoeléctrica, en la que la que el elemento concentrador es un campo de helióstatos que concentran la radiación solar sobre varios receptores situados en la parte superior de dicha torre.
El vapor que de dichos receptores se extrae es conducido a una turbina para la producción de electricidad. Con el fin de facilitar además este efecto de tiro natural, la torre de la invención cuenta con un diseño de estructura hiperbólica y hueca de manera que se produzca por ella una corriente de aire de ascenso para enfriamiento del vapor por convección natural.
Empleando la torre solar como torre de refrigeración, se le da a esta doble función: la de albergar los receptores a la altura necesaria para la concentrar de radiación y la de utilizarla como torre de refrigeración. La torre de nuestro campo de helióstatos tiene la altura necesaria para poder concentrar la energía solar reflejada por el campo de helióstatos en un foco o punto de enfoque situado en lo alto de la misma, minimizando así las pérdidas por efecto coseno (ángulo que forma el rayo incidente con la normal al helióstato y que hace que éste no vea al sol en su totalidad).
Estamos hablando de alturas de torre superiores a 100m, siendo esta altura suficiente para facilitar el empleo de la torre para este efecto de tiro natural. Además ...seguir leyendo este artículo sobre energía »
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ELEMENTO AISLANTE PARA LOS RECEPTORES SOLARES
Agregamos una nueva invención de Abengoa Solar a nuestra sección de Patentes Verdes, relacionada con el campo de la energía solar : Elemento aislante del dispositivo de compensación de expansión y procedimiento de fabricación del mismo.
La invención describe un elemento aislante que permite disminuir las pérdidas térmicas en el dispositivo de compensación de expansión de los receptores solares en forma de tubo.
El principio general de la tecnología termosolar está basado en el concepto de la concentración de la radiación solar para producir generalmente vapor, que es utilizado posteriormente en plantas eléctricas convencionales.
Aumentar la captación de energía solar, que tiene una densidad relativamente baja, es uno de los mayores retos en el desarrollo de plantas termosolares.
Existen dos tipos de concentradores solares: concentradores lineales y concentradores puntuales. La concentración lineal es más fácil de instalar al tener menos grados de libertad, pero tiene un factor de concentración menor y por lo tanto puede alcanzar menores temperaturas que la tecnología de concentración puntual.
Es por eso que se trata de avanzar en el desarrollo de los tubos receptores usados en la concentración lineal, para tratar de aumentar la captación de energía solar y disminuir las pérdidas térmicas, de manera que el rendimiento global de la planta de concentración se vea incrementado.
En general, un tubo receptor consta de dos tubos concéntricos entre los cuales se genera vacío. El tubo interior o tubo absorbedor, por el que circula el fluido que se calienta, es metálico y el tubo exterior es de vidrio, habitualmente de borosilicato.
Entre ambos tubos se coloca el dispositivo compensador de expansión, de tal forma que permite el movimiento en sentido longitudinal de los tubos y garantiza el vacío, absorbiendo las tensiones que se crearían por la diferencia existente entre los coeficientes de dilatación del metal y del vidrio.
Pero este elemento necesita ser aislado por su extremo para evitar las pérdidas que se producirían por convección natural. Ese elemento aislante es el que desarrolla esta invención.
Con este sistema de aislamiento se ha comprobado que si se trata de introducir mejoras en el dispositivo de compensación de expansión que incrementen el rendimiento del colector solar, no existe ningún elemento que resuelva el tema de las pérdidas térmicas en los extremos del tubo.
Por todo ello, la invención tiene como objetivo proporcionar un elemento aislante que disminuya las perdidas térmicas en los extremos del tubo absorbedor para mejorar así la eficiencia del sistema.
Descripción de la invención
La invención consiste en una pieza que permite aislar y disminuir las pérdidas térmicas en el dispositivo de compensación de expansión, siguiendo los movimientos relativos que pueda haber entre el conjunto formado por el tubo de vidrio, anillo Kovar o elemento de transición vidrio metal, dispositivo compensador de expansión, vaso (final del tubo metálico absorbedor), tapa y el tubo absorbedor.
La pieza consiste en un elemento en forma de fuelle fabricado por hidroconformado que aloja en su parte interior un material aislante del tipo de lana de roca que copiará la geometría del dispositivo de compensación de expansión. De esta forma se genera una cámara de aire que permite disminuir las perdidas por los extremos de los tubos receptores.
El elemento aislante de la invención se puede situar de dos maneras: o bien envolviendo completamente el dispositivo compensador de expansión consiguiendo una mayor reducción de las pérdidas térmicas o bien llegando hasta la parte media del vaso (final del tubo absorbedor), solución que se adapta a los soportes comerciales actualmente existentes.
La selección de una geometría tipo fuelle nos permite tener un elemento que siga los movimientos relativos del dispositivo compensador de expansión sin introducir carga que, si bien no es un problema por los bajos valores de rigidez del dispositivo compensador de expansión, si lo sería si no permitiera los movimientos relativos entre el tubo de vidrio y el tubo absorbedor.
Este sistema, a diferencia del estado de la técnica conocido, disminuye drásticamente las pérdidas por convección
natural proporcionando un aislamiento total al extremo del tubo absorbedor, de tal forma que si se emplease este elemento aislante en los desarrollos de tubo actualmente existentes, se disminuirían las perdidas térmicas en un 0,02% por tubo y dado que una planta solar de 50 MWe cuenta con unos 90.000 tubos, la reducción de las perdidas térmicas en toda la planta sería elevadísima.
FUENTE | OEPM
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ESTRUCTURA DE SOPORTE E INTERCAMBIO DE CALOR DEL ESTATOR ELECTRICO DE UN AEROGENERADOR
Dentro de nuestra sección de Patentes Verdes, concretamente en el campo de la energía eólica, os queremos presentar una invención de Manuel Torres Olvega Industrial, S.L: Estructura de soporte e intercambio de calor del estator eléctrico de un aerogenerador.
La invención está relacionada con los aerogeneradores de producción eléctrica, proponiendo una estructura de soporte del estator del generador eléctrico incorporado en dichos aerogeneradores, con unas características estructurales de dicha estructura que la hacen a la vez un medio efectivo para la disipación del calor que se produce en el generador durante el funcionamiento.
Los aerogeneradores de producción eléctrica disponen de un generador formado por un estator que va sujeto a la carcasa estructural del cuerpo del aerogenerador, y un rotor incorporado sobre un eje que va asociado a un rotor de palas captador de la acción del viento, de forma que el giro que adquiere dicho rotor de palas por la acción del viento, da lugar a un movimiento de giro relativo entre el rotor y el estator del generador, merced al cual se genera la producción eléctrica.
Sin embargo, el funcionamiento del generador eléctrico en la producción de electricidad, ocasiona a la vez una producción de calor, el cual es necesario disipar para preservar las condiciones funcionales y duración del generador.
El calor que se produce en un generador eléctrico del tipo indicado, se genera en un 60% en el estator y el 40% restante en el rotor, por lo que la disposición de disipación del calor es fundamental sobre todo en relación con el estator del generador eléctrico, a través del cual también se disipa en parte el calor del rotor.
En ese sentido, se han desarrollado soluciones de incorporación de aletas disipadoras del calor sobre la estructura del cuerpo de los aerogeneradores en la parte sobre la que va sujeto el estator del generador eléctrico, pero las soluciones aplicadas en tal sentido incrementan el peso del cuerpo del aerogenerador y no tienen la efectividad de disipación que es de desear.
Objeto de la invención
Se propone una estructura destinada para la sujeción del estator eléctrico en los aerogeneradores, con unas características de realización de dicha estructura que la hacen además ventajosamente eficaz como medio disipador del calor del generador.
Esta estructura objeto de la invención consta de ...seguir leyendo este artículo sobre energía »
METODO DE DISTRIBUCION DE HELIOSTATOS EN PLANTA DE TORRE
Hoy dentro de nuestra sección de Patentes Verdes, os queremos presentar la última invención de Abengoa Solar: Método de distribución de heliostatos en planta de torre.
La invención se engloba dentro del sector de generación de energía eléctrica a partir de la radiación solar mediante una planta del tipo de receptor central de torre. El objeto de la invención consiste en conseguir un óptimo rendimiento de la planta termoeléctrica mediante la distribución selectiva de los heliostatos con respecto de la torre receptora.
Una planta solar termoeléctrica es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica.
Constructivamente, es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de más de 300ºC, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se lleva a cabo por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato.
Una planta de torre también conocida como sistema de receptor central, está compuesta por un sistema concentrador o campo de heliostatos, que capta y concentra la componente directa de la radiación solar sobre un receptor, donde se produce la conversión de la energía radiante en energía térmica, que suele instalarse en la parte superior de una torre.
El fluido de trabajo puede ser, entre otros, aire, vapor de agua, sodio fundido o sales fundidas, según la tecnología escogida. En las de vapor de agua, este mueve directamente una turbina. En los otros, el fluido transporta el calor a un generador de vapor de agua, con el que se hace funcionar una turbina que mueve al generador eléctrico.
Todos estos tipos de plantas disponen de una configuración en la que los heliostatos están distribuidos en función
del tamaño y de la distancia a la torre, siguiendo ciertas disposiciones habitualmente radiales desde la torre y conocidas como “corn field” (“campo de maíz”) y “radial staggered” (“tres bolillos”). Dichas configuraciones tienen la desventaja de que se producen sombras y bloqueos entre los heliostatos vecinos y por lo tanto se necesita eliminar alguno de ellos con el fin de minimizar este efecto. Además este tipo de configuraciones cuentan con líneas de transición o zonas vacías de heliostatos que provocan un menor aprovechamiento del terreno.
El objeto de la invención es la aplicación de la disposición que presentan las hojas, tallos y semillas de las plantas a la distribución específica de los heliostatos en el campo solar. A dicha disposición se la denomina filotaxis y es característica de cada especie de planta. Su función es que dichas hojas, tallos y semillas estén expuestos al sol con el mínimo de interferencias posibles por parte de sus compañeras maximizando la captación de luz.
Esta distribución específica permite que los heliostatos puedan ser colocados de tal forma que se minimicen las pérdidas ópticas producidas por las sombras y bloqueos entre heliostatos vecinos, atenuación atmosférica y aumento de la interceptación provocado por las grandes distancias entre los heliostatos y la torre, optimizando así el aprovechamiento de la radiación solar al poder maximizar la densidad de heliostatos en el campo solar.
La sección áurea o “proporción divina” (empleada en el clasicismo griego) resulta de la división de una cantidad lineal (magnitud de distancia, duración, etc., abstraíbles mediante la longitud de un segmento) de manera que la relación entre la longitud total y la parte más larga sea idéntica a la que se da entre la parte más larga y la más corta. Resuelta la ecuación necesaria (a/b = b/(a+b)), el valor de la sección larga (sobre un segmento de longitud 1) es de 0.618 aproximadamente (en realidad es un número irracional), y la de la más corta sobre 0.382.
Este valor coincide con el límite al que tiende la relación entre dos términos consecutivos de la serie de Fibonacci. ...seguir leyendo este artículo sobre energía »
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REUTILIZACION DEL AGUA PROVENIENTE DE UN LAVABO
Cada día, somos más las personas que estamos concienciadas con el uso razonable del agua. Es por eso que quería compartir una invención de la empresa Roca Sanitario, S.A, la cual entraría dentro de nuestra sección de Patentes verdes: Sistema y procedimiento de reutilización en un inodoro de aguas provenientes de un lavabo.
La invención se refiere a un sistema de reutilización en un inodoro de las aguas provenientes de un lavabo, estando integrado dicho lavabo al tanque de un inodoro.
La aplicación de principios de sostenibilidad en la gestión y optimización de los recursos hídricos es una obligación y una necesidad para todos los sectores productivos. En este sentido, el desarrollo de mecanismos eficaces, capaces de reducir consumos de agua de cara a contrarrestar la inminente reducción de los recursos hídricos, así como sistemas sostenibles de saneamiento, constituyen objetivos prioritarios dentro del sector sanitario.
Los sistemas de saneamiento comúnmente utilizados para el tratamiento de las aguas residuales (alcantarillado y estaciones depuradoras) no tienen en cuenta la naturaleza de las aguas. No obstante, no todas las aguas generadas tienen la misma calidad. En términos generales, se distingue entre aguas grises y aguas negras.
La reutilización de las aguas generadas en el hogar corresponde a una nueva forma de pensar en el agua, obteniendo una fuente de recursos hídricos en lugar de agua residual.
La reutilización del agua supone un ahorro de agua potable, una disminución del caudal a las fosas sépticas o plantas de tratamiento, una reducción de la carga de las aguas residuales, un menor uso de energía y químicas por bombeo y tratamiento, una purificación altamente efectiva, una solución para aquellos lugares en donde no puede utilizarse otro tipo de tratamiento, la posibilidad de sembrar plantas donde no hay otro tipo de agua, y la recuperación de nutrientes.
Esta necesidad de adoptar medidas para racionalizar el consumo y la reutilización del agua se ha hecho también evidente en la normativa relacionada con la construcción.
El sistema de reutilización en un inodoro de aguas provenientes de un lavabo de la invención comprende un tanque provisto de:
- Dos entradas de agua: una primera entrada de agua proveniente de la red y una segunda entrada proveniente del grifo de dicho lavabo.
- Una salida de agua a la taza del inodoro.
Dicho tanque comprende un tanque superior y un tanque inferior conectados entre sí mediante un orificio, conectados entre sí mediante un orificio, proporcionando dichas primera y segunda entradas agua a dicho tanque superior, de manera que se trasvasa ...seguir leyendo este artículo sobre energía »
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