Análisis y estudio de un receptor solar parabólico inclinado para desalinizar agua mediante generación directa de vapor

Rosa Quintana, Alberto de la (2019). Análisis y estudio de un receptor solar parabólico inclinado para desalinizar agua mediante generación directa de vapor. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Diseño Industrial (UPM), Madrid.

Description

Title: Análisis y estudio de un receptor solar parabólico inclinado para desalinizar agua mediante generación directa de vapor
Author/s:
  • Rosa Quintana, Alberto de la
Contributor/s:
  • Legrand, Mathieu
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Mecánica
Date: 2019
Subjects:
Freetext Keywords: (SPA)Colector cilindro parabólico CCP; Energía solar; Radiación solar directa; Desalinización de agua de mar; Generación directa de vapor; Simulación numérica; Coste nivelado del agua desalinizada LCOW (ENG)Parabolic through collector PTC; Solar energy; Direct beam irradiance; Seawater desalination; Direct steam generation; Numerical simulation; Levelized cost of water LCOW
Faculty: E.T.S.I. Diseño Industrial (UPM)
Department: Ingeniería Mecánica, Química y Diseño Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

(SPA)El agua es un recurso vital para el desarrollo socio-económico en el mundo y existen lugares donde la escasez de recursos hídricos es un problema para la sociedad. Debido a esta problemática y que en el futuro la demanda de agua seguirá creciendo, existen en la actualidad numerosas técnicas de desalinización para hacer frente a la necesidad de mayor cantidad de agua. Por ello, en este trabajo se ha realizado un estudio sobre un sistema de desalinización novedoso que consiste en un receptor solar parabólico inclinado para desalinizar agua de mar mediante generación directa de vapor. El objetivo principal es estudiar la viabilidad técnico-económica de este sistema colector cilíndrico-parabólico (CCP) inclinado para desalinización. Tras realizar un recorrido por las tecnologías de desalinización más utilizadas en la actualidad, se explica en qué consiste la técnica de desalinización y se detalla el funcionamiento del sistema CCP inclinado. Posteriormente, se modela su funcionamiento creando para ello un modelo numérico a partir de las ecuaciones de conservación que rigen el comportamiento del fluido en el tubo receptor. Finalmente, se implementa el modelo numérico en MATLAB y se desarrolla un programa para la simulación de la producción anual de agua desalinizada mediante los datos de irradiación solar directa de Almería. El volumen de producción anual de agua desalinizada que se obtiene es de 112 m3 con un colector de 35 m2 de apertura. Una vez obtenida la producción anual de agua desalinizada, se lleva a cabo un análisis económico para determinar la viabilidad de la propuesta. Para conocer el coste de los componentes principales estudiados que conforman la instalación, se efectúa el dimensionamiento de los intercambiadores de calor y sistema de bombeo con componentes reales de empresas suministradoras, además de consultar fuentes bibliográficas. En el análisis económico se calcularon los costes de la instalación y los costes de operación, a partir de los cuales se obtiene que el coste nivelado del agua desalinizada es de 6,3 €/m3. Para terminar, se compara el coste del agua desalinizada del sistema CCP inclinado con sus competidores directos que utilizan fuentes de energía renovables. Se observa que se encuentra en un rango de costes similar al de las otras técnicas comparadas e incluso inferior en algún caso. Por último, se concluye que es un sistema viable desde el punto de vista técnico y económico, ya que no se encuentra ningún aspecto técnico que evite su funcionamiento y se sitúa en un rango de costes razonable, teniendo en cuenta además que el sistema estudiado se orienta a un nivel pequeño de producción de agua desalinizada.(ENG) Water is a vital resource for socio-economic development in the world and there are places where water scarcity is a problem for society. Due to this problem and that in the future the demand for water will continue to grow, there are currently numerous desalination techniques to meet the need for more water.Therefore, in this work a study has been carried out on a novel desalination system consisting of an inclined parabolic solar receiver to desalinate seawater by direct steam generation.The main objective is to study the technical-economic viability of this parabolic trough collector system (PTC) inclined for desalination.After taking a tour of the most commonly used desalination technologies, the desalination technique is explained and the operation of the inclined CCP system is detailed. Subsequently, its operation is modeled by creating a numerical model based on the conservation equations that govern the behavior of the fluid in the receiving tube. Finally, the numerical model is implemented in MATLABand a program is developed for the simulation of annual desalinated water production using direct solar irradiation data from Almeria.The annual volume of desalinated water production that is obtained is 112 m3with a collector of 35 m2opening.Once the annual desalinated water production is obtained, an economic analysis is carried out to determine the viability of the proposal. To determine the cost of the main components studied that make up the installation, the sizing of heat exchangers and pumping system with real components of supplying companies is carried out, as well as consulting bibliographic sources.In the economic analysis, the installation costs and operating costs were calculated, from which it is obtained that the levelized cost of desalinated water (LCOW) is 6,3 €/m3. At least, the cost of desalinated water of the inclined CCP system is compared with its direct competitors using renewable energy sources. It is observed that it is in a range of costs similar to that of the other techniques compared and even lower in some cases.Ultimately, it is concluded that it is a viable system from the technical and economic point of view, since there is no technical aspect that prevents its operation and is within a reasonable range of costs,also considering that the system studied is oriented to a small level of desalinated water production.

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Item ID: 63100
DC Identifier: http://oa.upm.es/63100/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:63100
Deposited by: Alberto De la Rosa Quintana
Deposited on: 22 Jul 2020 09:40
Last Modified: 22 Jul 2020 10:15
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