@unpublished{upm50395,
           title = {Estudio del comportamiento de metales l{\'i}quidos en sistemas de torre central},
           month = {February},
          author = {Alberto Gonz{\'a}lez S{\'a}nchez},
            year = {2018},
         address = {Madrid},
        abstract = {La energ{\'i}a solar t{\'e}rmica es aquella que utiliza la energ{\'i}a t{\'e}rmica proveniente del Sol para inducir un estado t{\'e}rmico en un medio portador. Para conseguir esto se utilizan unos elementos llamados concentradores que focalizan la energ{\'i}a en lo que se conoce como receptor o colector. Dentro de esta tecnolog{\'i}a se distingue la energ{\'i}a termoel{\'e}ctrica, cuyo fin {\'u}ltimo es usar el calor obtenido para la producci{\'o}n de energ{\'i}a el{\'e}ctrica. Existen diversos dise{\~n}os para obtener esta energ{\'i}a el{\'e}ctrica, pero se pueden agrupar todos ellos en dos grandes grupos, ambos denominados como CSP (Concentrated Solar Power). El primero son los sistemas lineales, donde se aporta calor a un receptor lineal. El segundo grupo son lo que aportan energ{\'i}a a un receptor puntual. El primer m{\'e}todo de colector lineal se conoce como tecnolog{\'i}a cil{\'i}ndrico-parab{\'o}lica. Este sistema consta de concentradores solares formados por espejos parab{\'o}licos que apuntan a un tubo o absorbedor lineal situado en el foco del espejo. La otra tecnolog{\'i}a de colector lineal se conoce como colectores Fresnel. Esta tecnolog{\'i}a concentra a trav{\'e}s de espejos planos (o casi planos) en un colector lineal similar al de la tecnolog{\'i}a anterior. Estos {\'u}ltimos han tenido un desarrollo tard{\'i}o respecto al resto de tecnolog{\'i}as del grupo. Dentro de los colectores puntuales se distinguen igualmente dos tecnolog{\'i}as distintas. Por un lado, los colectores de disco Stirling est{\'a}n formados por espejos parab{\'o}licos que concentran la energ{\'i}a solar en un solo punto donde se sit{\'u}a el receptor y el generador de energ{\'i}a el{\'e}ctrica. Por otro lado, los sistemas de torre central constan de un campo de heliostatos que apuntan a un receptor situado en alto. Esta {\'u}ltima tecnolog{\'i}a ser{\'a} el objeto de estudio de este trabajo. Estas tecnolog{\'i}as han sido estudiadas durante estos a{\~n}os por parte del departamento de Ingenier{\'i}a Energ{\'e}tica de la E.T.S. de Ingenieros Industriales de la Universidad Polit{\'e}cnica de Madrid (UPM). A lo largo de estos a{\~n}os se han realizado avances interesantes en el desarrollo del dise{\~n}o e implementaci{\'o}n de estas tecnolog{\'i}as y se han publicado diversos art{\'i}culos sobre este campo. En este trabajo en concreto se pretende realizar un an{\'a}lisis t{\'e}rmico se la tecnolog{\'i}a de torre central aplicada a ciertos fluidos de trabajo mediante una comparaci{\'o}n entre ellos. En concreto el objetivo del trabajo es la comparaci{\'o}n de estos fluidos en los receptores solares. Concretamente los fluidos a estudiar son los siguientes: Sodio puro (Na), plomo puro (Pb), LBE (eut{\'e}ctico 44.5Pb-55.5Bi), litio puro (Li), NaK (eut{\'e}ctico 22Na-78K), galio puro (Ga) y esta{\~n}o puro (Sn). La elecci{\'o}n de estos fluidos se basa en estudios previos acerca de la posibilidad de utilizar dichos metales en su fase l{\'i}quida como fluidos de trabajo en este campo. Otros fluidos (como el Nak o el galio) han sido propuestos o est{\'a}n siendo estudiados por la industria nuclear como refrigerantes en centrales nucleares de GEN-IV. Puesto que los rangos de temperaturas son parecidos se han decidido incluir como fluidos a estudiar. A pesar de la elecci{\'o}n de estos fluidos, este trabajo busca tener un car{\'a}cter general. El estudio se realizar{\'a} de forma que sea posible el estudio de otros fluidos de una forma r{\'a}pida y sencilla. La comparaci{\'o}n de estos fluidos se ha llevado a cabo bas{\'a}ndose en un modelo experimental. En concreto, se han utilizado el proyecto de la IEA CSP/SSPS que tuvo lugar en la d{\'e}cada de 1980 en Almer{\'i}a, Espa{\~n}a. Este modelo contaba con un receptor exterior que utilizaba sodio como fluido portador en un rango de temperaturas de entre 270 y 530 ?C. Se comienza el trabajo analizando el modelo experimental y adapt{\'a}ndolo a un modelo matem{\'a}tico con el fin de reproducir su funcionamiento. el objetivo de esta parte era simular las condiciones propuestas en el experimento y comparar los datos obtenidos del mismo con los de una simulaci{\'o}n matem{\'a}tica. El modelo consta de dos partes. Por un lado, la generaci{\'o}n de una distribuci{\'o}n de energ{\'i}a incidente en el receptor y por otro el balance de energ{\'i}a que ocurre en los tubos. En el primer caso la distribuci{\'o}n se aproximar{\'a} a trav{\'e}s de una gaussiana. En el segundo caso el balance de energ{\'i}a que se realizar{\'a} es el siguiente. Siendo potencia que absorbe en {\'u}ltima instancia el receptor, el calor que se induce en el fluido por unidad de tiempo y  y  las p{\'e}rdidas por convecci{\'o}n y radiaci{\'o}n del receptor. Se puede apreciar que, con el fin de simplificar en cierto grado el modelo, se han negado las p{\'e}rdidas por conducci{\'o}n dentro del receptor y con el exterior del mismo. El modelo matem{\'a}tico se basa en un an{\'a}lisis por m{\'e}todos num{\'e}ricos. De esta forma, se ha dividido el receptor a trav{\'e}s de un mallado lo suficientemente peque{\~n}o para que el error cometido sea aceptable. El balance de energ{\'i}a citado se realizar{\'a} a cada celda del mallado de forma independiente buscando las p{\'e}rdidas de cada celda y el calor ganado a trav{\'e}s de un proceso iterativo. Las celdas se conectar{\'a}n entre s{\'i} mediante la temperatura del fluido a su paso por ellas. En primer lugar, se realiza una primera prueba con el fluido modelo (el sodio) con el fin de comprobar la validez del modelo matem{\'a}tico empleado. Cuando este modelo simula de forma satisfactoria las condiciones y los resultados obtenidos en el modelo experimental se proceder{\'a} a implementar el resto de fluidos. Esta simulaci{\'o}n se ha realizado de forma que sea directa la extracci{\'o}n de toda la informaci{\'o}n relevante del modelo para cualquier posible fluido ensayado, pero no tiene en cuenta las posibles variaciones que sufra el propio fluido en el rango de temperaturas propuesto. Una consideraci{\'o}n importante que se ha tenido en cuenta a la hora de implementar los fluidos es un car{\'a}cter incompresible de {\'e}stos. De esta forma las propiedades t{\'e}rmicas y f{\'i}sicas de los fluidos variar{\'a}n {\'u}nicamente con la temperatura a la que se encuentren. La implementaci{\'o}n del resto de fluidos se ha realizado de forma que se obtuviese la misma cantidad de calor ganado por unidad de tiempo. Con esta idea en mente, se ha variado el caudal de fluido que ser{\'i}a necesario como {\'u}nica variable de entrada (adem{\'a}s de las propiedades t{\'e}rmicas de cada fluido). De esta forma, al final del texto se presenta una tabla comparativa de todos los fluidos ensayados con sus caracter{\'i}sticas m{\'a}s importantes. Por {\'u}ltimo y como conclusi{\'o}n, este trabajo se centra {\'u}nicamente en el an{\'a}lisis t{\'e}rmico del comportamiento de ciertos fluidos para un mismo modelo. M{\'a}s adelante se explicar{\'a} de forma m{\'a}s extendida el resto de estudios que ser{\'i}a necesario realizar con el fin de una futura implantaci{\'o}n de estos fluidos a nivel comercial. Entre los estudios m{\'a}s significativos se puede citar el estudio estructural de la torre, el ciclo combinado a utilizar, el an{\'a}lisis de estr{\'e}s y corrosi{\'o}n de los materiales y el impacto medioambiental que tendr{\'i}an estos fluidos.},
             url = {https://oa.upm.es/50395/}
}