Sensor de suciedad y procedimiento para detectar la cantidad de suciedad de una superficie.

Sensor de suciedad y procedimiento para detectar la cantidad de suciedad de una superficie.

Un sensor

(20) para detectar la cantidad de suciedad de una superficie, que comprende: una superficie transparente (21) expuesta a suciedad; un emisor de luz (22) para emitir un haz de hacia la superficie transparente; un primer receptor de luz (23) y un segundo receptor de luz (25); medios (24) entre el emisor de luz (22) y la superficie transparente (21) configurados para dejar pasar una parte de la luz procedente del emisor hacia la superficie transparente (21) y para redireccionar el resto de luz hacia el segundo receptor (25); medios de adquisición y procesamiento (26). El primer receptor de luz (23) está configurado para recibir la luz difundida al chocar contra la suciedad de la cara externa (21e) de la superficie transparente (21). Los medios de adquisición y procesamiento (26) están configurados para calcular una medida porcentual del grado de suciedad de dicha superficie transparente (21).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201430605.

Solicitante: FUNDACION TEKNIKER.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CALVO OSTIATEGUI,Roberto, CANTERO BURGOS,David.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/17 (Sistemas en los que la luz incidente es modificada con arreglo a las propiedades del material examinado (en los que el material examinado es ópticamente excitado para producir un cambio de la longitud de onda de la luz incidente G01N 21/63))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN... > Utilización del calor solar, p. ej. colectores de... > F24J2/40 (Disposiciones de control)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/94 (Investigación del ensuciamiento, p. ej. por polvo (G01N 21/85 tiene prioridad))
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Sensor de suciedad y procedimiento para detectar la cantidad de suciedad de una superficie.

Fragmento de la descripción:

SENSOR DE SUCIEDAD Y PROCEDIMIENTO PARA DETECTAR LA CANTIDAD DE SUCIEDAD DE UNA

SUPERFICIE

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de los sensores de suciedad o polvo, y más concretamente, al campo de los sensores de suciedad depositada sobre superficies, ya sean planas, curvas, rugosas o de otras características. Una aplicación del sensor de suciedad de la invención es la medición de suciedad en espejos concentradores de centrales solares térmicas.

Antecedentes de la invención

Actualmente hay un gran interés en la fabricación de plantas solares de grandes dimensiones para generar energía. Una de las tecnologías más punteras es la basada en plantas de tecnología de torre. La técnica utiliza un conjunto de espejos o superficies reflexivas (llamados heliostatos) que siguen al sol y concentran la radiación solar en uno o varios receptores que se encuentran en la parte superior de una torre. Desde el receptor o receptores el calor es transferido a un fluido caloportador, por ejemplo agua, que será la fuente de vapor para a su vez producir electricidad. Esta tecnología es muy eficiente debido a las altas temperaturas a que se puede operar. También son de destacar las plantas de tecnología clllndroparabóllca, basadas en un conjunto de espejos cilindroparabólicos (concentradores cilindroparabólicos, CCP) que se colocan sobre una estructura de forma que puedan seguir el movimiento del sol. La radiación solar captada es concentrada sobre un tubo receptor que lleva en su interior un fluido capaz de absorber el calor. El fluido alcanza así altas temperaturas y transmite la energía térmica al vapor de agua, que será la fuente de vapor para a su vez generar electricidad. Especialmente en el caso de superficies reflexivas destinadas a usarse en plantas solares para generar energía, Interesa que el espejo se aproveche al 100%. En esta aplicación, los heliostatos se diseñan para que sean prácticamente planos. Posibles defectos que pueden presentarse son defectos de borde o en las esquinas, por ejemplo.

Un elemento clave en estas plantas son las superficies reflexivas que concentran la radiación solar, también llamados concentradores solares térmicos. Un aspecto a controlar en estas superficies reflexivas reside en la geometría, ya que para que las superficies concentren la radiación solar en la zona de interés, su forma debe ser adecuada. Otro aspecto fundamental es su limpieza, pues cualquier partícula de polvo perjudica el rendimiento solar del concentrador.

Para determinar la suciedad en espejos (en general, en las superficies reflexivas del tipo de las mencionadas en el párrafo anterior), son conocidos los equipos comerciales denominados reflectómetros, que permiten medir directamente la perdida de reflectlvldad de un espejo con gran precisión. Su principal problema es que son muy caros, interfieren parcialmente con la luz que se desea reflejar en el espejo, requieren un ajuste mecánico preciso respecto de la superficie y son susceptibles de que sus ópticas capten suciedad, lo cual desvirtúa la medida.

La patente estadounidense US8323421B2 describe un sistema de limpieza automático para paneles solares que comprende, entre otros elementos, un dispositivo de detección capaz de determinar si los paneles solares necesitan limpiarse.

La solicitud de patente Internacional WO2012/089485A1 describe un módulo fotovoltaico que genera energía eléctrica a partir de la energía solar, en el que se puede detectar la suciedad de su superficie. El modulo fotovoltaico está formado por un panel solar y medios de detección que Indican la cantidad de polvo y suciedad acumulada sobre el panel solar. La detección se produce mediante un receptáculo con una superficie paralela a la celda solar, una fuente de luz fuera del receptáculo, un conjunto de sensores en el interior del receptáculo y una unidad de control para monltorlzar la cantidad de luz que llega a los sensores y generar una señal distorsionada cuando la cantidad de luz está por debajo de un determinado umbral.

Descripción de la invención

La presente Invención proporciona un dispositivo y un procedimiento capaces de determinar la cantidad de polvo o suciedad depositada sobre su superficie sensible.

En un primer aspecto de la invención, se proporciona un sensor para detectar la cantidad de suciedad de una superficie. El sensor comprende: una superficie transparente que está expuesta a suciedad en su cara exterior; un emisor de luz configurado para emitir un haz de luz en un determinado rango frecuencial hacia la superficie transparente cuya suciedad en su cara exterior se va a medir; un primer receptor de luz configurado para detectar luz en dicho determinado rango frecuencial; un segundo receptor de luz configurado para detectar luz en dicho determinado rango frecuencial; medios situados entre el emisor de luz y la superficie transparente, estando

estos medios configurados para dejar pasar una parte de la luz procedente del emisor de luz hacia la superficie transparente y para redireccionar el resto de luz procedente del emisor de luz hacia el segundo receptor de luz; medios de adquisición y procesamiento. El primer receptor de luz está configurado para recibir, de dicha parte de la luz procedente del emisor de luz que llega hasta la superficie transparente, la luz difundida al chocar contra la suciedad de la cara externa de la superficie transparente. Los medios de adquisición y procesamiento están configurados para calcular, a partir de la luz detectada por el segundo receptor de luz y de la luz detectada por el primer receptor de luz, una medida porcentual del grado de suciedad de la superficie transparente.

Preferentemente, los medios situados entre el emisor de luz y la superficie transparente son un divisor de haz.

Preferentemente, el emisor de luz está situado en un plano que forma un ángulo de a grados con el plano en el que está situada la superficie transparente, donde este ángulo a varía entre 30 y 60°.

Preferentemente el primer receptor de luz comprende una matriz de fotodiodos.

Preferentemente, los medios situados entre el emisor de luz y la superficie transparente están situados en un plano que forma un ángulo de (3 grados con el plano en el que está situado el emisor de luz, donde dicho ángulo (3 varía entre 30 y 60°.

Preferentemente el emisor de luz está configurado para emitir un haz de luz en el rango de luz infrarroja y los primer y segundo receptores de luz están configurados para detectar luz en el rango de luz infrarroja.

Preferentemente, los medios de adquisición y procesamiento comprenden medios para ajustar la medida en función de la temperatura.

Preferentemente la superficie transparente es un cristal.

En una posible realización, se dispone un atenuador de luz delante del segundo receptor.

En otra posible realización, se proporciona el uso del sensor descrito anteriormente, para detectar la cantidad de suciedad de un espejo concentrador de energía térmica.

En otra posible realización, se proporciona un procedimiento para detectar la cantidad de suciedad de una superficie. El procedimiento tiene las etapas de: emitir un haz de luz en un determinado rango frecuencial hacia una superficie transparente que está expuesta a suciedad en su cara exterior; captar en un primer receptor de luz la luz difundida al chocar contra la suciedad de la superficie transparente; desviar una parte de la luz emitida, antes de que llegue a la superficie transparente, para captarla en un segundo receptor de luz, para tomar dicha luz desviada como referencia; calcular, a partir de la luz detectada por el segundo receptor de luz y de la luz detectada por el primer receptor de luz, una medida porcentual del grado de suciedad de...

 


Reivindicaciones:

1.- Un sensor (20) para detectar la cantidad de suciedad de una superficie, caracterizado por que comprende: una superficie transparente (21) que está expuesta a suciedad en su cara exterior (21 e);

un emisor de luz (22) configurado para emitir un haz de luz en un determinado rango frecuencial hacia dicha superficie transparente (21) cuya suciedad en su cara exterior (21 e) se va a medir;

un primer receptor de luz (23) configurado para detectar luz en dicho determinado rango frecuencial;

un segundo receptor de luz (25) configurado para detectar luz en dicho determinado rango frecuencial;

medios (24) situados entre dicho emisor de luz (22) y dicha superficie transparente (21), estando dichos medios (24) configurados para dejar pasar una parte de la luz procedente de dicho emisor de luz (22) hacia dicha superficie transparente (21) y para redireccionar el resto de luz procedente de dicho emisor de luz (22) hacia dicho segundo receptor de luz (25);

medios de adquisición y procesamiento (26);

estando dicho primer receptor de luz (23) configurado para recibir, de dicha parte de la luz procedente del emisor de luz (22) que llega hasta la superficie transparente (21), la luz difundida al chocar contra la suciedad de la cara externa (21 e) de dicha superficie transparente (21); y estando dichos medios de adquisición y procesamiento (26) configurados para calcular, a partir de la luz detectada por dicho segundo receptor de luz (25) y de la luz detectada por dicho primer receptor de luz (23), una medida porcentual del grado de suciedad de dicha superficie transparente (21).

2.- El sensor (20) de la reivindicación 1, donde dichos medios (24) situados entre dicho emisor de luz (22) y dicha superficie transparente (21) son un divisor de haz.

3.- El sensor de cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde dicho emisor de luz (22) está situado en un plano que forma un ángulo de a grados con el plano en el que está situada la superficie transparente (21), donde dicho ángulo a varía entre 30 y 60°.

4.- El sensor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho primer receptor de luz (23) comprende una matriz de fotodiodos.

5.- EI sensor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dichos medios (24) situados entre dicho emisor de luz (22) y dicha superficie transparente (21) están situados en un plano que forma un ángulo de p grados con el plano en el que está situado el emisor de luz (22), donde dicho ángulo p varía entre 30 y 60°.

6.- El sensor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho emisor de luz (22) está configurado para emitir un haz de luz en el rango de luz infrarroja y dichos primer (23) y segundo (25) receptores de luz están configurados para detectar luz en el rango de luz infrarroja.

7.- El sensor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dichos medios de adquisición y procesamiento (26) comprenden medios para ajustar la medida en función de la temperatura.

8.- El sensor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha superficie transparente (21) es un cristal.

9.- El sensor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un atenuador de luz (27) dispuesto delante del segundo receptor (25).

10.- Uso del sensor de cualquiera de las reivindicaciones anteriores para detectar la cantidad de suciedad de un espejo concentrador de energía térmica.

11.- Un procedimiento para detectar la cantidad de suciedad de una superficie, caracterizado por las etapas de:

- emitir un haz de luz en un determinado rango frecuencial hacia una superficie transparente (21) que está expuesta a suciedad en su cara exterior (21 e);

- captar en un primer receptor de luz (23) la luz difundida al chocar contra la suciedad de dicha superficie transparente (21);

- desviar una parte de la luz emitida, antes de que llegue a dicha superficie transparente (21), para captarla en un

segundo receptor de luz (25), para tomar dicha luz desviada como referencia;

-calcular, a partir de la luz detectada por dicho segundo receptor de luz (25) y de la luz detectada por dicho primer receptor de luz (23), una medida porcentual del grado de suciedad de dicha superficie transparente (21).

12.- Programa informático que comprende instrucciones de código de programa de ordenador para realizar el método de la reivindicación 11.