TERMODINAMICA

Autor: DELGADO TORRES AGUSTÍN MANUEL.
Año: 2006.
Universidad: LA LAGUNA [Más tesis de esta universidad] [www.ull.es].
Centro de lectura: FACULTAD DE FÍSICA.
Centro de realización: FACULTAD DE FÍSICA.

Resumen: En esta Tesis se ha realizado el estudio de la utilización de la energía térmica de origen solar para alimentar el proceso de desalación por ósmosis inversa. Frente a la combinación de este proceso con sistemas eólicos y sistemas solares fotovoltaicos, la revisión bibliográfica realizada en relación a la combinación con instalaciones solares térmicas delata una importante escasez de propuestas de diseño e implementaciones. Para realizar el acoplamiento se ha supuesto que parte de la energía térmica proporcionada por la instalación solar térmica es convertida en energía mecánica por medio de un ciclo de potencia basado en el ciclo Rankine. Esta energía mecánica es utilizada para cubrir el consumo energético principal de una unidad de ósmosis inversa de agua de mar. Por otro lado se contempla la posibilidad del posterior uso de la energía térmica descargada por el ciclo Rankine en otras aplicaciones de desalación como el precalentamiento de la propia agua de mar de alimentación de la unidad de ósmosis inversa o de una unidad de destilación, siendo analizada en detalle la primera de las opciones. Se ha realizado el análisis del sistema de desalación solar suponiendo que la instalación solar térmica puede estar constituida tanto por captadores de baja temperatura (planos, de concentración de segmentos parabólicos o CPC y de tubos de vacío) o por captadores de concentración en un eje con seguimiento (captadores cilindro - parabólicos). En cada una de las dos opciones se ha realizado el análisis del ciclo solar con diferentes sustancias como fluidos de trabajo del ciclo Rankine y con dos configuraciones del ciclo solar en su conjunto: configuración para generación directa de vapor y configuración con fluido de transferencia de calor. Los resultados obtenidos indican que con las tecnologías de baja temperatura analizadas sería posible alcanzar rendimientos del ciclo solar de hasta un 10%. Frente a este valor, con los modelos de captadores cilindro - parabólicos analizados es posible alcanzar rendimientos del ciclo solar por encima de un 22%. En el caso de estos captadores se analizó en detalle el comportamiento del rendimiento del ciclo solar empleando tolueno y siloxanos como fluidos de trabajo del ciclo Rankine orgánico con sobrecalentamiento y regeneración. En cuanto al sistema de ósmosis inversa de agua de mar, se considera que éste hace uso de dispositivos intercambiadores de presión para recuperar la energía del rechazo a alta presión y de membranas de arrollamiento en espiral de última generación. Los resultados del acoplamiento de la unidad de ósmosis inversa con una instalación solar térmica compuesta por captadores cilindro - parabólicos indican que es posible obtener, supuesto un valor de la irradiancia solar directa sobre la apertura del captador de 850 W por metro cuadrado, hasta 109 l/h y entre 88 l/h y 94 l/h de agua desalada por metro cuadrado de superficie de apertura de la instalación solar térmica si en el ciclo Rankine orgánico regenerativo se emplea tolueno o siloxanos como fluidos de trabajo respectivamente y la temperatura de condensación del ciclo se fija en 35ºC. Con una configuración del ciclo Rankine orgánico en cascada doble es posible obtener hasta 75 l/h y 55 l/h de agua desalada por metro cuadrado de superficie de apertura del captador si se emplea tolueno y hexametildisiloxano como fluidos de trabajo del ciclo superior respectivamente. En ese caso, la energía eléctrica producida por el ciclo inferior con isopentano como fluido de trabajo sería suficiente para satisfacer el consumo energético en forma de electricidad del sistema diferente al de la bomba de alta presión de la unidad de ósmosis inversa.