Número 9 - Instituto Tecnológico Superior de Cajeme

Se han realizado simulaciones con la técnica de
trazado de rayos en concentradores solares de disco
parabólico [1] para concentradores tipo fresnel [2] y
también se han aplicado en estudio del comportamiento
de los concentradores en edificaciones [3],sin
embargo no se cuenta con un estudio o simulación de
trazado de rayos en concentradores solares tipo
Scheffler; por ello, en el presente trabajo se desarrolla
una metodología para realizar simulación empleando
la técnica de trazado de rayos, que permita estudiar el
comportamiento óptico de las reflexiones, entre un
reflector solar tipo Scheffler [4] y una cavidad de
absorbedor de foco fijo, de dimensiones que corresponden
a un motor Stirling de 2.75 kW eléctricos [5].
Desarrollo
El presente estudio plantea una metodología con la
finalidad de obtener el modelo de CAD y el comportamiento
óptico del reflector tipo Scheffler, mediante
análisis del primer casos, el cual corresponde a un
reflector con superficie construida con segmentos
circulares de 0.05m y el segundo caso corresponde al
reflector con superficie continua. La metodología es
aplicada en un sistema de concentración solar
compuesto por un reflector solar acoplado a un receptor
de cavidad cuyas dimensiones que corresponde a
un motor Stirling de 2.75 Kw eléctricos, estos equipos
incluyen sistemas adicionales como es el caso de
estructuras de soporte y sistemas de seguimiento,
como se muestra en la figura 1.
Referente a la metodología empleada para realizar la
simulación del comportamiento óptico del concentrador
(figura 2), esta compuesta por las siguientes
etapas: Obtención de las variables de diseño, dimensionado
de acuerdo al modelo geométrico del reflector
tipo Scheffler, Obtención del modelo de CAD,
Simulación de las reflexiones empleando la técnica de
trazado de rayos. En la figura 2 se aprecia que la etapa
de trazado de rayos, se puede analizar el comportamiento
del concentrador, para diferentes variantes
geométricas del reflector.
En una primera etapa se obtienen las dimensiones
geométricas tanto de la parábola: área de apertura con
diferentes geometrías, ajustadas a las especificaciones
de espacio disponible y las especificaciones de
concentración de energía radiante en el receptor del
motor Stirling [5], tabla 1.
La ecuación 1, permite cuantificar la cantidad de
energía solar captada por un concentrador solar [6] y
con ella calcular el área de apertura del reflector.
Qabs = Id Aap
Ahora tomando en cuenta las condiciones de altura
dadas por la ecuación 2, se establecen por medio de la
ecuación de la parábola del punto focal (p) corresponde
a 2 m de alto.
2
x
y =
4 p
(2)
(1)
ENTORNOACADÉMICO