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VIDEO-CURSO "EL SISTEMA HTF EN CENTRALES TERMOSOLARES"

CAPÍTULO 1: LAS CENTRALES TERMOSOLARES CCP 

Las centrales solares termoeléctricas cuya tecnología se considera más madura en estos momentos, y que supone más del 95% de la potencia de generación termosolar instalada en el mundo, es la tecnología CCP.

Básicamente consiste en la concentración de la radiación solar a lo largo de una línea recta con una longitud que oscila entre los 600 y los 800 metros. El fluido caloportador, esto es, el fluido que transporta la energía que es captada en los concentradores cilindro-parabólicos, entra por uno de los extremos a una temperatura y con una velocidad determinadas, y sale por el otro extremo a una temperatura superior. 

El fluido utilizado puede ser agua, pero actualmente no se han superado los problemas derivados de la vaporización que se produciría en un punto intermedio del recorrido. Por esta razón se prefiere el uso de otros fluidos que no cambian de estado entre un extremo y otro de la línea recta en la que se concentra la radiación solar. De todos los fluidos posibles, los fluidos orgánicos sintéticos son los que mayores ventajas presentan. Entre ellos destaca la mezcla eutéctica compuesta por un 26,5% en peso de oxido de difenilo y un 73,5 % de bifenilo. Esta mezcla presenta el mejor compromiso entre coste y prestaciones, aunque presenta grandes dificultades en su manejo que condicionan enormemente los resultados de explotación de las plantas. A este fluido se le denomina habitualmente HTF.

El lugar donde se realiza la captación de radiación y su posterior transferencia en forma de calor al HTF se denomina campo solar.

Una central termosolar CCP tiene un coste aproximado de 4.500.000 € por MW, aunque se percibe ciertaa tendencia a intentar rebajar este alto coste. 

 

 

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CAPÍTULO 2: VISIÓN GENERAL DEL SISTEMA HTF

Los colectores cilindro parabólicos utilizan un fluido de transferencia de calor que, al circular a través del tubo receptor, absorbe en forma de energía térmica la energía radiante procedente del Sol, y la transporta hasta el bloque de potencia. El tipo de fluido caloportador que se utilice determina el rango de temperaturas de operación del campo solar y, consecuentemente, el rendimiento máximo que se puede obtener en el ciclo de potencia.

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CAPÍTULO 4: EL CAMPO SOLAR Y EL SISTEMA HTF

El lugar donde se realiza la captación de radiación y su posterior transferencia en forma de calor a un fluido térmico encargado de su transporte se denomina campo solar. 

Ocupa una vasta extensión de terreno de aproximadamente 2 hectáreas por MW eléctrico instalado para una planta sin almacenamiento térmico, y entre 3 y 4 hectáreas para plantas que cuentan con un sistema de almacenamiento térmico de la energía captada basado en sales inorgánicas fundidas.

A pesar de que existen varias posibilidades, la mayor parte de las centrales han fijado los siguientes parámetros como valores óptimos para el diseño del campo solar:

Fluido seleccionado, Temperatura óptima a la salida, Temperatura de entrada, Diámetro del tubo, Presión aconsejable a la entrada del tubo, Pérdida de presión a lo largo de una línea, Caudal de circulación, Longitud de la línea resultante, Velocidad de circulación del fluido y Superficie de captación para cada lazo.

El HTF proveniente de las bombas de impulsión, de las que se hablará más adelante, recorre el campo solar a través de unas tuberías de conducción de gran diámetro denominadas tuberías colectoras fría y caliente.

Para evitar pérdidas térmicas en la tubería por mecanismos de radiación, convección y conducción, la tubería se recubre de un material aislante. Para realizar este aislamiento hay al menos cuatro posibilidades: 

Lana de roca, Silicato cálcico. Aislamiento microporoso y El vidrio celular. 

Existen diferentes configuraciones para las tuberías que conducen el fluido caloportador desde las bombas de impulsión hasta cada uno de los lazos. Las más habituales son tres: retorno directo, retorno inverso y alimentación central.

 

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CAPÍTULO 3: EL FLUIDO ORGÁNICO SINTÉTICO CALOPORTADOR (HTF)

Los fluidos caloportadores son fluidos que, como su propio nombre indica, son capaces de transportar energía en forma de calor desde el punto en que se produce o se recoge y el punto en el que este calor es transferido o utilizado. Existen diferentes soluciones para transportar calor por medio de fluidos. 

Los principales fluidos caloportadores son los siguientes:

  • El agua
  • Mezclas de sales inorgánicas fundidas
  • Mercurio
  • Alquilbencenos
  • Sodio líquido
  • Productos de síntesis

El fluido que normalmente se emplea en las actuales centrales termosolares CCP es una mezcla eutéctica de dos hidrocarburos aromáticos: el bifenilo y el óxido de difenilo. 

El bifenilo es un compuesto orgánico derivado del benceno, 

Se caracteriza por tener un punto de fusión de 65ºC y un punto de ebullición a presión ambiental de 255ºC. Con esa temperatura de fusión resulta impensable utilizarlo en el campo solar de una central termosolar, ya que las posibilidades de congelación son altísimas. 

El HTF es un fluido poco volátil a temperatura ambiente, con una presión de vapor de 0,01 a 100 ºC, y prácticamente cero a temperatura ambiente. A la máxima temperatura de trabajo, 393 ºC la presión de vapor es de 10,6 bar, lo que supone que por debajo de esa presión a 393 ºC el HTF es vapor, mientras que por encima de esa presión el HTF es líquido. Si se ha elegido el HTF como fluido caloportador para que no cambie de estado entre la entrada y la salida del campo solar, eso supone que la presión en cualquier punto debe asegurar que no habrá vaporización. 

La vida útil del HTF está limitada por una serie de procesos de degradación que van modificando las características del fluido, y que en caso de no actuar supondrá que en un momento determinado sea aconsejable su sustitución.

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CAPÍTULO 5: EL SISTEMA DE BOMBEO

El sistema de bombeo tiene como objeto elevar la presión del fluido térmico para vencer la resistencia que opondrá el circuito a su circulación. Las presiones de trabajo deben ser tales que se garantice en todo momento que el fluido permanece en estado líquido y que no hay vaporización. 

Una central termosolar requiere varias bombas para el manejo del HTF:

Bombas principales, Bombas de caldera auxiliar, Bombas de recirculación, Bombas de circulación de los tanques de expansión, Bombas de trasiego y Bombas del sistema de depuración.

Las bombas de impulsión de fluidos se clasifican siguiendo diferentes criterios. Los criterios más comunes son la dirección de flujo, la normalización, el tipo de accionamiento, la orientación del eje, el soporte de los rodamientos y el tipo de servicio en el que se utilizan. 

El sistema HTF de las centrales termosolares CCP que utilizan fluidos orgánicos sintéticos como fluido caloportador emplean bombas que siguen la especificación API 610, por ser la que mejor se adapta al tipo de servicio utilizado.

La norma API 610 clasifica las bombas en tres tipos principales: bombas OH, bombas BB y bombas VS.

Los parámetros más importantes de una bomba de alimentación, que deben ser tenidos en cuenta tanto en el diseño, en la operación y en el mantenimiento de la instalación, son los indicados en los apartados siguientes: Caudal nominal, Presiones, NPSH requerido, Normalización, Tipo de bomba, Nº de etapas, Tipo de motor, Tensión de alimentación, Tipo de regulación, Tipo de cierre, Potencia eléctrica o potencia térmica, Potencia hidráulica, Altura manométrica en la descarga, o presión en la descarga, Rendimiento o eficiencia y Curva característica.

Los dispositivos de sellado son elementos cuya finalidad es evitar la fuga de un fluido que se puede producir entre dos o más partes de un recipiente que contiene un fluido a una determinada presión. 

 

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GUIA IRIM 2: ELABORACIÓN DE PLANES DE MANTENIMIENTO

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