SISTEMA DE ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN DE TUBOS RECEPTORES DE CONCENTRADORES SOLARES.

Sistema de ensayos de caracterización de tubos receptores de concentradores solares, formado por un banco de medida

(2), en el cual se dispone en montaje giratorio el tubo receptor (1) a caracterizar que comprende un tubo de vidrio transparente exterior y un tubo metálico interior, disponiéndose dicho tubo receptor (1) en correlación axial con un tubo de referencia (10) y en relación de desplazamiento a lo largo de ambos tubos (1 y 10) un módulo de medida (3) integrado por un espectofotómetro relacionado con un módulo emisor de luz (4), mediante el cual se generan dos haces de luz, con los que se realizan, simultáneamente y a diferentes temperaturas, una medida de transmisión de la luz en el tubo de vidrio transparente y una medida de reflexión en el tubo metálico del tubo receptor (1).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201000739.

Solicitante: FUNDACION CENER-CIEMAT.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: .

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... > G01N21/31 (investigando el efecto relativo del material para las longitudes de ondas características de elementos o de moléculas específicas, p. ej. espectrometría de absorción atómica)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN... > Utilización del calor solar, p. ej. colectores de... > F24J2/05 (rodeados de una envolvente transparente, p. ej. colectores solares con una envoltura en vacío)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE LA INTENSIDAD, DE LA VELOCIDAD, DEL ESPECTRO,... > Espectrometría; Espectrofotometría; Monocromadores;... > G01J3/42 (Espectrometría de absorción; Espectrometría de doble haz; Espectrometría por centelleo; Espectrometría por reflexión (disposiciones para la conmutación de haces G01J 3/08))
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SISTEMA DE ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN DE TUBOS RECEPTORES DE CONCENTRADORES SOLARES.

Fragmento de la descripción:

SISTEMA DE ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN DE TUBOS RECEPTORES DE CONCENTRADORES SOLARES

Sector de la técnica La presente invención está relacionada con la

caracterización de los tubos receptores de

concentradores solar es, proponiendo un sistema que

permite realizar automáticamente de una manera

simultánea ensayos de transmisión y de reflexión de la luz en cualquier punto de dichos tubos.

Estado de la técnica

Una de las formas de producción de energía a partir de la energía solar, es mediante la utilización de concentradores solares cilindro-parabólicos, los cuales disponen en el lugar donde concentran las radiaciones solares un tubo receptor por el que circula un líquido, generalmente agua, que al calentarse es susceptible de utilización para generar energía.

Los tubos receptores de dichos concentradores solares constan de dos tubos concéntricos, entre los cuales, generalmente, hay una cámara de vacío o bien una atmósfera inerte para minimizar las perdidas térmicas del tubo receptor, por el interior del tubo metálico circula el liquido al que se transfiere la energía, siendo el tubo exterior de vidrio transparente y el tubo interior metálico con un recubrimiento selectivo.

El comportamiento de esos tubos receptores en la función de aprovechar la luz solar para utilizarla corno fuente de calentamiento del líquido que circula por

ellos, depende del coeficiente de transmisión del tubo de vidrio transparente exterior para dejar pasar la luz y del coeficiente de reflexión del tubo metálico interior para reflejar la luz que incide sobre él; de manera que para la caracterización de dichos tubos receptores en relación con la función de aplicación de los concentradores solares, es esencial determinar con precisión y exactitud esos dos factores.

Se conocen para tal fin bancos de ensayo que disponen una serie de leds de diferentes longitudes de onda en distintos puntos de una estructura, de manera que haciendo pasar el tubo receptor por cada uno de esos puntos se obtiene el comportamiento del mismo frente a la luz para las distintas longitudes de onda. Este método de medida obtiene unos resultados poco precisos, por su limitación en longitudes de onda, por no considerar el efecto de la temperatura sobre las medidas de transmisión y reflexión, o las influencias

corno la curvatura del tubo o los cambios de posición,

que pueden alterar signific ativarn ente las medidas que

se obtienen.

Objeto de la invención De acuerdo con la invención se propone un sistema para realizar ensayos de caracterización de los mencionados tubos receptores de los concentradores solares, con el cual se pueden efectuar simultáneamente de manera automática, en cualquier longitud de onda, y cualquier temperatura, medidas de transmisión y de reflexión de la luz en dichos tubos receptores, respecto de cualquier punto de los mismos.

Este sistema objeto de la invención comprende un banco de medida, en el cual se dispone el tubo receptor a caracterizar incorporado en montaje giratorio actuado por un sistema de rotación que integra un sistema calefactor, disponiéndose en correlación axial con dicho tubo receptor un tubo de referencia, y en relación de desplazamiento a lo largo de ambos tubos un módulo de medida integrado por un espectrofotómetro, en relación con un módulo generador de haces ópticos y un sistema electrónico de adquisición y tratamiento de datos conectado con un ordenador externo.

Se obtiene de este modo un sistema en el que se generan dos haces de luz, uno para medir la transmisión de la luz en el tubo de vidrio transparente y otro para medir la reflexión en el tubo metálico, determinándose dichos haces de luz a diferentes frecuencias para su correcta diferenciación en detección, y son llevados hasta el punto a medir del tubo receptor de aplicación, a través de sendas fibras ópticas multimodo conectadas al módulo de medida, de forma que el módulo generador

de haces ópticos es independiente del módulo de medida

y permanece fijo, consiguiéndose de esta manera

estabilidad y durabilidad de la fuente emisora de la

luz.

Los haces de luz destinados para realizar las medidas de caracterización del tubo receptor, se generan con un sistema monocromador y luz blanca que permite cubrir un rango de longitudes de onda entre 300 nm y 2500 nm, con una resolución definida por el tamaño de entrada de las fibras ópticas de transmisión, que puede ser hasta de 6 nm y con medida en las longitudes de onda que se desee. Para conseguir este rango espectral ancho, el sistema implementa en cada punto de medida dos fotodetectores con diferentes respuestas espectrales que se solapan, a los que la señal óptica llega al mismo tiempo por medio de un divisor de haz.

La medida de los coeficientes de transmisión y de reflexión de cada punto del tubo receptor, se realiza de manera simultánea, realizando a la vez en cada una de dichas medidas una medida de luz directa y una correspondiente medida de referencia, con lo cual se consiguen unas medidas estables frente a cambios de potencia de la fuente de luz y de variaciones de los modos en las fibras ópticas de transmisión de los haces de luz.

Por otro lado, debido a que la distribución de los modos en las fibras ópticas cambia con las variaciones de posición de dichas fibras ópticas cuando se desplaza el módulo de medida hasta los puntos a medir, el sistema óptico de la medida de transmisión incluye un diafragma que es el mismo para las medidas de luz directa y para las medidas de luz de referencia, y a su vez, el sistema óptico de la medida de reflexión incluye un diafragma que es el mismo para las medidas de luz directa y para las medidas de luz de referencia, con lo cual se consiguen unas medidas estables frente a las variaciones de distribución de los modos en las fibras ópticas de transmisión de los haces de luz.

Las relaciones focales y distancias de objetos de los sistemas ópticos de transmisión y de reflexión, tanto en la medida de luz directa como en la medida de referencia, son de tal manera que el tamaño del haz de luz focalizado en los detectores es menor que el tamaño del área sensible de los mismos.

Para obtener una medida con alta sensibilidad, que

permita resolver con precisión valores de los coeficientes de transmisión y de reflexión muy pequeños o cercanos a la unidad, es necesario que el sistema disponga de una relación de señal a ruido suficientemente grande. Para ello se realiza un procesamiento digital de la señal mediante la aplicación de un algoritmo de extracción con detección síncrona, lo cual se consigue mediante la aplicación de modulación de la señal a medir a frecuencia diferente para el haz de medida de transmisión y para el haz de medida de reflexión.

En otro sentido, para considerar la inf1uencia de la temperatura del tubo receptor en las propiedades 15 ópticas de transmisión y de reflexión del mismo, se disponen unos conjuntos de elementos calefactores que se introducen por los extremos en el interior del tubo receptor, consistiendo dichos conjuntos de elementos calefactores en resistencias eléctricas que permiten 20 calentar de forma uniforme en toda su longitud la superficie del tubo interior metálico, hasta la temperatura máxima de trabajo del tubo receptor. En relación con ello, el tubo receptor se sujeta mediante unos soportes que evitan la transmisión de las altas temperaturas del mismo al sistema de giro.

Con todo ello, el sistema objeto de la invención resulta de unas características muy ventajosas para la función a la que está destinado, adquiriendo vida propia y carácter preferente respecto de las prácticas...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de ensayos de caracterización de tubos receptores de concentradores solares, para realizar 5 medidas del coeficiente de transmisión de luz y del coeficiente de reflexión en tubos receptores (1) que comprenden un tubo de vidrio transparente (1.1) en el exterior y un tubo metálico (1.2) en el interior, caracterizado porque comprende un banco de medida (2) , 10 en el cual se dispone en montaj e sobre un sistema de giro el tubo receptor (1) a caracterizar, en correlación axial con un tubo de referencia (10) , Y en relación de desplazamiento a lo largo de ambos tubos (1 y 10) un módulo de medida (3) integrado por un 15 espectrofotómetro relacionado con un módulo emisor de luz (4) y con un sistema electrónico (5) de tratamiento de datos conectado a un ordenador externo (6) , generando el espectrofotómetro dos haces de luz (13 y 14) , uno para medir la transmisión de la luz en el tubo 20 de vidrio transparente (1.1) Y el otro para medir la reflexión de la luz en el tubo metálico (1.2) , dividiéndose cada uno de dichos haces de luz (13 Y 14) en dos señales ópticas, mediante las cuales se realiza, una medida directa de la luz que pasa por el tubo de 25 vidrio transparente (1.1) y una medida de referencia, en uno de los casos, y en el otro caso una medida directa de la luz que refleja el tubo metálico (1.2) y una medida de referencia, recogiéndose cada una de dichas medidas en dos detectores de diferentes respuestas espectrales que se solapan.

2. Sistema de ensayos de caracterización de tubos receptores de concentradores solares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los haces de luz (13 Y 14) son llevados hasta el punto a medir

del tubo receptor (1) , a través de sendas fibras ópticas multimodo que se hallan conectadas al módulo de medida (3) , permaneciendo fijo el módulo emisor de luz

(4) •

3. sistema de ensayos de caracterización de tubos receptores de concentradores solares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la medida de transmisión de luz en el tubo de vidrio transparente (1.1) Y la medida de reflexión en el tubo metálico (1.2) , se realizan simultáneamente en cada punto del tubo receptor (1) a caracterizar.

4. Sistema de ensayos de caracterización de tubos receptores de concentradores solares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los haces de luz (13 Y 14) destinados para realizar la medida de transmisión de luz en el tubo de vidrio transparente (1.1) Y la medida de reflexión en el tubo metálico (1.2) , se generan con luz blanca y por medio de un monocromador, en un rango de longitudes de onda entre 300 nm y 2500 nm, siendo modulado cada uno de los haces de luz \13 y 14) a una frecuencia diferente mediante un modulador (15) .

2.

5. Sistema de ensayos de caracterización de tubos receptores de concentradores solares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el haz de luz (13) para la medida de transmisión de luz en el

tubo de vidrio transparente (1.1) , es colimado en el rango de frecuencias de trabaj o por una lente (17) , la cual hace de diafragma asegurando una medida de transmisión estable.

3.

6. Sistema de ensayos de caracterización de tubos receptores de concentradores solares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el haz de luz (14) para la medida de reflexión en el tubo metálico (1.2) , pasa a través de un diafragma (27) , el

cual asegura una medida de reflexión estable.

7. -Sistema de ensayos de caracterización de tubos receptores de concentradores solares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque en el

interior del tubo receptor (1) se dispone un sistema calefactor, permitiendo el calentamiento del tubo metálico (1.2) en el rango de temperaturas de operación, formado con resistencias eléctricas, comprendiendo una resistencia de vaina (45) y una resistencia helicoidal (47) dispuestas en un tubo de cobre (46) , estableciéndose la suj eción del tubo receptor (1) mediante unos soportes que centran al tubo de cobre (46) en el tubo metálico (1.2) y que evitan la transmisión del calor al sistema de giro.

8. -Sistema de ensayos de caracterización de tubos receptores de concentradores solares, de acuerdo con la primera reivir.dicación, caracterizado por la medida de transmisión de luz en el tubo de vidrio transparente (1.1) en cada punto del tubo receptor (1) a caracterizar con el tubo metálico (1.2) a diferentes temperaturas.

9. Sistema de ensayos de caracterización de tubos receptores de concentradores solares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado por la medida de reflexión de luz en el tubo metálico (1.2) , en cada punto del tubo receptor (1) a caracterizar, con el tubo metálico (1.2) a diferentes temperaturas.

10. Sistema de ensayos de caracterización de tubos receptores de concentradores solares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado por la medida simultánea y a diferentes temperaturas de la transmisión de luz en el tubo de vidrio transparente (1.1) y la medida de reflexión en el tubo metálico (1. 2) , en cada punto del tubo receptor (1 ) a caracterizar.