d.07.03.03+Helióstatos

__3. HELIOSTATOS__

 * CONSIDERACIONES GEOMÉTRICAS**

Como el receptor va colocado a una cierta altura sobre el plano del concentrador, en el eje de simetría vertical del mismo, debe cumplir a su vez una serie de requisitos, que determinarán su forma y sus propiedades. Se puede considerar que la forma del concentrador tiene que imponer una simetría al receptor, que permita considerarle como un volumen de revolución. Su forma y tamaño, a su vez, dependerán de la distancia a que se encuentren los heliostatos de la base de la torre sobre la que iría ubicado el receptor.

Lo ideal sería que la normal a la superficie exterior del receptor, coincidiese en todo momento con la dirección de los rayos solares reflejados por los heliostatos, lo cual, para todo el concentrador, se conseguiría únicamente con un receptor semiesférico; cuando el ángulo cenital formado por los rayos reflejados fuese pequeño, se impondría el que el receptor tuviese forma de disco plano horizontal; si se aumenta este ángulo medio, la forma ideal sería la de un tronco de cono invertido, y para ángulos grandes,se impondría la forma de un cilindro vertical.

Para determinar los diversos parámetros que intervienen en una central termosolar conviene estudiar por separado el concentrador y el receptor, obteniendo sus propiedades individualmente, pero con la condición de que la energía reflejada por el concentrador, tiene que ser la misma que intercepte el receptor, y de ahí poder obtener, no sólo las densidades energéticas correspondientes a diversos campos concentradores y tipos de receptores, sino su distribución sobre el receptor, para diversos grupos de anillos, y para el campo total, así como las propiedades comunes del conjunto concentrador-receptor. Las características teóricas de un modelo de concentrador-receptor son numerosas y generales, por cuanto pueden ampliarse a otras formas de concentradores, por ejemplo, a sectores de corona circular, manteniendo o no el tipo de receptor, y utilizando la misma formulación, variando únicamente los límites de integración. Además, se puede aplicar también a receptores de cavidad de cualquier tipo, sustituyendo la superficie lateral de revolución del receptor, por su plano tangente. Con medios informáticos se pueden simular un modelo astronómico que tiene en cuenta el movimiento diurno aparente del Sol, y su proyección estereográfica sobre la superficie terrestre. A la hora de su aplicación se tendrán en cuenta los datos de insolación propios del lugar donde esté ubicado el campo concentrador presentando valores estadísticos sobre horas de insolación diarios, mensuales e incluso anuales En la simulación por ordenador de los diversos modelos de campo concentrador, habrá que tener en cuenta que se les puede considerar como una disposición de espejos ordenados sobre el terreno según anillos circulares, con el terreno horizontal, aunque la formulación se puede ampliar a anillos circulares horizontales a diversos niveles, o sobre planos inclinados un ángulo y respecto a la horizontal; los anillos de espejos son concéntricos respecto a la base de la torre, en cuya cima va instalado el receptor, existiendo disposiciones rectangulares a las que también se puede aplicar lo mismo.En cada instante, los helióstatos deberán tener una orientación muy concreta, ya que tendrán que seguir el movimiento aparente del Sol, reflejando la energía solar directa al receptor, por lo que la imagen solar reflejada estará en todo momento sobre el mismo, por lo tanto, podemos considerar el campo de espejos como un gigantesco campo móvil parabólico, en el que en cada instante ninguno de los espejos tiene la misma inclinación que cualquiera de ellos, y en el que los espejos ocuparán las posiciones de los planos tangentes a la familia de paraboloides de revolución, de eje la dirección de los rayos solares incidentes, y de foco, el receptor situado en lo alto de la torre, en los puntos en que esta familia corta al plano horizontal del terreno.  El sistema de seguimiento del movimiento aparente del Sol lo será por el método de orientación según dos ejes, vertical acimutal-horizontal de elevación (Alt-acimut), mediante un servomecanismo impulsado por motores eléctricos; cuando el modelo de receptor sea puntual, todos los espejos enfocarán a un punto único; si el modelo de receptor es cilíndrico vertical, los helióstatos enfocarán, bien por anillos, o bien por bandas de anillos, a puntos situados por encima o por debajo del punto focal F, obteniéndose una distribución de energía lo más uniforme posible sobre el receptor. Los modelos que se desarrollan llevan asociados una serie de consideraciones prácticas de tipo general. Así, cada helióstato está constituido por un conjunto de espejos, de superficie de sección cuadrada; ésto se realiza así para abaratar su precio, tanto el de coste e instalación, como el de mantenimiento. Asimismo se tendrán en cuenta los errores de construcción y de dirección más característicos para la puesta a punto de los helióstatos, como:

Deformación del haz reflejado debido a la acción del viento sobre la estructura

Errores en la cadena cinemática de dirección de espejos

Errores constructivos en la perpendicularidad del eje

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">Imperfecciones de las superficies reflectantes

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">Errores de dirección de los espejos.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">En consonancia con los modelos de concentradores consideraremos los siguientes modelos de receptor:

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">Receptor puntual, para el modelo de campo de espejos infinitesimales, que permite concentraciones energéticas

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">máximas

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">Receptores en forma de cuerpo de revolución, cuyo eje coincidirá con el vertical de la torre, y que funcionan como

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">auténticos intercambiadores de calor. <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">-Cristian Daniel-
 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">‍‍‍3.1 ORIENTACIÓN DE HELIOSTATOS‍‍‍ **

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">Los concentradores de energía solar formados por campos de heliostatos se deben diseñar para que funcionen en condiciones de máxima eficacia; en todo momento los heliostatos se orientan de forma que, para cualquier posición del Sol, los rayos que reflejen se dirijan a un punto fijo situado a una cierta altura sobre el nivel del campo concentrador. Las relaciones fundamentales que regulan la dirección de cada

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">uno de estos heliostatos tienen que satisfacer las leyes de la reflexión y, por lo tanto, los ángulos de los rayos solares incidentes y reflejados, respecto a la normal a cada superficie especular, tienen que ser iguales, estando situados los vectores que los definen, en cada instante, en un mismo plano.La dirección de los rayos solares incidentes se puede definir por un vector unitario "s"

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">La dirección de los rayos solares reflejados hacia el foco puntual situado en lo alto de la torre por un vector unitario " t" <span style="font-family: NewCenturySchlbk-Roman,serif; font-size: 10pt;">. <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">La normal al espejo en el centro geométrico del mismo, viene definida por un vector unitario " n" <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">posición del Sol en el instante dado viene fijada por el vector "r" <span style="font-family: NewCenturySchlbk-Roman,serif; font-size: 10pt;">puntando hacia el centro del disco solar. <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">Un espejo cualquiera E viene localizado en el concentrador por el vector "t" <span style="font-family: NewCenturySchlbk-Roman,serif; font-size: 10pt;">, tomando como referencia el <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">foco puntual F en el que se supone colocado el receptor de energía.



<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">La orientación de este heliostato la especificaremos por su normal unitaria "n"

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">Esta ecuación constituye la relación básica de dirección para un heliostato cualquiera, viniendo definida en función del tiempo por cuanto

"s" <span style="font-family: NewCenturySchlbk-Roman,serif; font-size: 10pt;">varía en cada instante, y en función del espacio por cuanto " t" <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">relaciona el espejo E con el foco situado en lo alto de la torre.Al ser los ángulos de incidencia y reflexión iguales se cumplirá además que: <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10.5pt;"> <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">en la que y <span style="font-family: NewCenturySchlbk-Roman,serif; font-size: 10pt;">es el ángulo que forma el terreno con la horizontal; en nuestro caso, y <span style="font-family: NewCenturySchlbk-Roman,serif; font-size: 10pt;">= 0, por lo que

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">Combinando los pares de valores ( q <span style="font-family: NewCenturySchlbk-Roman,serif; font-size: 10pt;">s, b <span style="font-family: NewCenturySchlbk-Roman,serif; font-size: 10pt;">s) se obtienen unas gráficas que representan la proyección

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">estereográfica del movimiento aparente del Sol sobre el terreno en el que se ha situado el campo concentrador,Fig VII.4. La importancia de estas proyecciones solares radica en que, en cada instante, uno y sólo uno de los espejos que conforman el campo, va a coincidir con dicha proyección, lo cual a su vez implica el que ese espejo en concreto tenga su normal vertical en ese instante; a lo largo del día, el lugar

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">geométrico de la proyección estereográfica del movimiento aparente del Sol sobre el terreno permitirá conocer qué espejos, son los que en ese día, van a coincidir con dicho lugar geométrico, y por lo tanto, los que a lo largo del mismo van a permanecer durante un instante en posición horizontal.Al espejo que en dicho instante cumpla con esta condición le llamaremos **<span style="font-family: TimesNewRoman-BoldItalic,serif; font-size: 10pt;">nodo **<span style="font-family: NewCenturySchlbk-Roman,serif; font-size: 10pt;">, y todos los demás <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">espejos del concentrador vendrán orientados respecto a éste.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">

//<span style="color: blue; font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">http://www.youtube.com/watch?v=4ywUIlWC4qs //