Método de detección y cuantificación de hidrógeno en un aceite caloportador.

Método de detección y cuantificación de hidrógeno en un aceite caloportador,

que consiste en realizar, por ejemplo mediante una sonda (5) de fibra óptica, una medición de la luminiscencia de los compuestos aromáticos presentes en el aceite caloportador de aplicación, para determinar la cantidad de dichos compuestos aromáticos y, en función de los mismos, la cantidad de hidrógeno molecular formado junto con ellos en la degradación del aceite caloportador.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201200359.

Solicitante: FUNDACION CENER-CIEMAT.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ORELLANA MORALEDA,GUILLERMO, SANCHEZ GONZALEZ, MARCELINO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C09K5/00 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C09 COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES; ADHESIVOS; COMPOSICIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE LOS MATERIALES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.C09K SUSTANCIAS PARA APLICACIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE SUSTANCIAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.Transferencia de calor, materiales intercambiadores de calor o para almacenar calor, p.ej. refrigerantes; materiales productores de calor o frío mediante reacciones químicas diferentes de la combustión.
  • G01N21/62 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 21/00 Investigación o análisis de los materiales por la utilización de medios ópticos, es decir, utilizando rayos infrarrojos, visibles o ultravioletas (G01N 3/00 - G01N 19/00 tienen prioridad). › Sistemas en los cuales el material analizado se excita de forma que emita luz o produzca un cambio de la longitud de onda de la luz incidente.
  • G01N21/63 G01N 21/00 […] › excitado ópticamente.

Fragmento de la descripción:

MÉTODO DE DETECCIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE HIDRÓGENO EN UN ACEITE CALOPORTADOR

Sector de la técnica La presente invención está relacionada con la detección de la presencia de hidrógeno en el aceite que se utiliza como medio caloportador en aplicaciones tales como las plantas termoeléctricas de concentración solar, proponiendo un método que permite detectar y cuantificar de manera continua el hidrógeno molecular presente en el aceite de aplicación, durante las condiciones reales de trabajo del mismo.

Estado de la técnica

La tecnología termoeléctrica solar se basa en el aprovechamiento de la radiación solar incidente en un sistema captador que utiliza la concentración de la radiación solar para calentar un fluido destinado a actuar una turbina, pudiendo realizarse el accionamiento de la turbina de aplicación, directamente con el fluido que se calienta mediante la concentración de la radiación solar o bien a través de un sistema de intercambio térmico entre dicho fluido que se calienta con la concentración de la radiación solar y otro fluido que efectúa el accionamiento de la turbina.

Entre las diversas tecnologías existentes para la generación eléctrica mediante energía solar, destaca de manera relevante la tecnología de captadores cilindro-parabólicos, por el grado de madurez e importancia que esta tecnología ha alcanzado en el campo de las centrales eléctricas termosolares.

Dichas centrales eléctricas termosolares dotadas con tecnología de captación solar cilindro-parabólica, son básicamente centrales convencionales de turbina de vapor, en las que el combustible utilizado para generar y sobrecalentar vapor, es la energía proveniente de la radiación solar.

El sistema de captación y concentración solar de dichas centrales está formado convencionalmente por filas de estructuras cilindro-parabólicas que giran siguiendo el movimiento del sol, comprendiendo cada fila un conjunto de espejos apropiadamente alineados y distribuidos, que concentran la radtLación solar sobre un tubo receptor situado en el eje óptico del conjunto cilindro-parabólico.

El sistema de transformación de energía solar a térmica está formado fundamentalmente por los tubos receptores de los conjuntos cilindro-parabólicos, de manera que la radiación solar concentrada incide sobre dichos tubos, para calentar un fluido que circula por el interior de los mismos, siendo generalmente el fluido que se utiliza un aceite térmico, el cual absorbe la energía de la radiación solar concentrada, calentándose hasta cerca de 400°C, que es el límite admisible para los aceites sintéticos que se usan en dicha función.

El sistema de transformación de energía térmica en energía eléctrica es básicamente un ciclo de turbina de vapor, en el cual el aporte de calor se realiza en unos intercambiadores de calor aceite-agua que transfieren la energía térmica del aceite que se calienta en los tubos receptores sobre los que incide la concentración de la radiación solar, para la evaporación y sobrecalentamiento de un flujo de agua destinada al accionamiento de una turbina.

El tubo receptor por el que circula el aceite caloportador es, por lo tanto, uno de los elementos principales de las plantas termoeléctricas con concentradores cilindro-parabólicos, siendo dichos tubos los que concentran mayores esfuerzos en innovación tecnológica, para conseguir en ellos la mayor efectividad de absorción solar y el menor nivel de pérdidas térmicas, ya que estas variables influyen muy directamente en la rentabilidad de las plantas termosolares.

Dichos tubos receptores de los concentradores cilindro-parabólicos constan de un núcleo tubular metálico, de acero u otro metal buen conductor térmico, provisto con un recubrimiento selectivo de alta absorción térmica y baja emisividad, yendo alrededor de dicho núcleo tubular una cubierta de vidrio transparente de alta transmisividad de la radiación solar, con una cámara de alto vacío entre ambos elementos (núcleo y cubierta) , la cual hace de aislante minimizando las pérdidas térmicas por convección.

Por lo tanto, en esa formación estructural de los tubos receptores de los concentradores cilindro-parabólicos, la pérdida del vacío de la cámara intermedia, incide notablemente en el rendimiento de los mismos y, por consiguiente, en el rendimiento y la rentabilidad de la planta termosolar de aplicación.

Ahora bien, el aceite que se utiliza habitualmente como aceite caloportador, es una mezcla eutéctica de los compuestos orgánicos difenil éter y bifenilo, los cuales a temperaturas cercanas a los 390°C se degradan, produciendo como subproductos hidrógeno molecular y otros compuestos, como el p-terfenilo y el dibenzo[b, d]furano, de los cuales el hidrógeno molecular es permeable a través de los metales, por lo que atraviesa la pared del núcleo tubular de los tubos receptores y llega a la cámara de vacío que rodea a dicho núcleo tubular, lo cual hace que aumenten considerablemente las pérdidas térmicas por convección en los mencionados tubos receptores.

Objeto de la invención De acuerdo con la invención se propone un método de detección de la presencia de hidrógeno molecular en el aceite caloportador que se utiliza en las instalaciones termoeléctricas de concentración solar, como medio de prevención de la pérdida de vacío en los tubos receptores por los que circula dicho aceite caloportador, para mejorar el rendimiento de los mencionados tubos receptores.

Este método de detección de hidrógeno objeto de la invención, se basa en aprovechar la cualidad de luminiscentes activos que tienen los subproductos que se producen, junto con el hidrógeno molecular, en la degradación de los componentes difenil éter y bifenilo del aceite caloportador, midiendo la luminiscencia de dichos subproductos, para determinar, en función de esa medida, la cantidad de los mencionados subproductos y, en función de éstos, cuantificar el hidrógeno molecular que los acompaña, dada la estrecha relación que existe entre las cantidades de los subproductos luminiscentes y la cantidad del hidrógeno molecular que se forma a la vez que ellos en la degradación térmica del aceite caloportador.

Para ello, en relación con el núcleo tubular de los tubos receptores por los que circula el aceite caloportador se disponen unas sondas capaces de provocar y detectar la luminiscencia de los subproductos resultantes de la degradación térmica del aceite caloportador, de manera que dichas sondas captan la respuesta luminiscente de los mencionados subproductos que se generan junto con el hidrógeno molecular en la degradación térmica del aceite caloportador, determinándose en función de la respuesta espectral y/o del tiempo de vida medio de las emisiones luminiscentes, la cantidad de los subproductos luminiscentes y, en función de los mismos, la cantidad del hidrógeno molecular existente.

De esta manera se obtiene una cuantificación continua y eficiente del hidrógeno molecular presente en el aceite que se utiliza como medio caloportador en las instalaciones termoeléctricas de concentración solar, permitiendo establecer las medidas correctoras oportunas para evitar las pérdidas térmicas y, por consiguiente, conseguir el máximo rendimiento productivo de dichas instalaciones.

Por todo ello, el método objeto de la invención resulta ser de unas características muy ventajosas para conseguir una detección eficiente y segura del hidrógeno molecular que se va generando con el tiempo por la degradación térmica del aceite caloportador que se utiliza en las instalaciones termoeléctricas de concentración solar, adquiriendo por consiguiente este método vida propia y carácter preferente respecto de las técnicas convencionales que se utilizan para la misma función.

Descripción de las figuras La figura 1 muestra esquemáticamente un tramo de tubo de conducción de aceite caloportador para instalaciones termosolares, con indicación del paso del hidrógeno molecular presente en el aceite caloportador, desde el interior del núcleo tubular hasta la cámara periférica aislante de vacío.

La figura 2 muestra esquemáticamente la unión de dos tramos de un tubo de conducción de aceite caloportador, con una sonda de detección de luminiscencia insertada en el interior del núcleo tubular del tubo.

La figura 3 es un esquema como el de la figura anterior, con la sonda dispuesta sobre unas ventanas transparentes del núcleo tubular del tubo de conducción del aceite caloportador.

La figura 3A es un esquema como el de la figura anterior, con las ventanas transparentes en las que se dispone la sonda situadas en posiciones diametralmente contrapuestas...

 


Reivindicaciones:

1. Método de detección y cuantificación de hidrógeno en un aceite caloportador, para determinar el hidrógeno molecular (4) que se genera, junto con otros subproductos formados por compuestos aromáticos luminiscentes, en la degradación térmica del aceite caloportador que se utiliza en plantas termoeléctricas de concentración solar, caracterizado porque se realiza una medición de la luminiscencia de los compuestos aromáticos presentes en el aceite caloportador de aplicación, para determinar, en función de dicha medición, la cantidad de los compuestos aromáticos presentes en el aceite caloportador y, en función de los mismos, la cantidad de hidrógeno molecular (4) formado j unto con ellos en la degradación térmica de dicho aceite caloportador de aplicación.

2. Método de detección y cuantificación de hidrógeno en un aceite caloportador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la luminiscencia de los compuestos aromáticos que acompañan al hidrógeno molecular (4) en el aceite caloportador, se mide por la respuesta espectral y el tiempo de duración de la emisión luminiscente de dichos compuestos aromáticos.

3. Método de detección y cuantificación de hidrógeno en un aceite caloportador, de acuerdo con las reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque se realizan mediciones del fluj o fotónico total emitido en dos o más regiones del espectro electromagnético uv-vis-nir, o de la intensidad de la luminiscencia a dos o más longitudes de onda en dichas regiones del espectro electromagnético.

4. Método de detección y cuantificación de hidrógeno en un aceite caloportador, de acuerdo con las reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque se realizan mediciones del flujo fotónico total emitido en una región del espectro electromagnético uvvis-nir, o de la intensidad de la luminiscencia a una determinada longitud de onda en dicha región del espectro electromagnético, tras excitación secuencial con luz de diferentes longitudes de onda.

5. -Método de detección y cuantificación de hidrógeno en un aceite caloportador, de acuerdo con las reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque mediante un espectrofluorímetro se determina periódicamente el tiempo de vida de la luminiscencia del aceite caloportador.

6. Método de detección y cuantificación de hidrógeno en un aceite caloportador, de acuerdo con las reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque secuencialmente se determina el tiempo de vida de la luminiscencia del acei te caloportador, con múltiples fuentes de excitación de diferentes longitudes de onda, o recogiendo la luminiscencia en dos o más regiones del espectro electromagnético uvvis-nir o a dos o más longitudes de onda en dichas regiones del espectro electromagnético.

7. -Método de detección y cuantificación de hidrógeno en un aceite caloportador, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la luminiscencia de los compuestos aromáticos del aceite caloportador se mide con una sonda de fibra óptica que se dispone en relación con el aceite caloportador, la cual se conecta por medio de un haz de fibras ópticas bifurcado en forma de "Y", con una fuente de excitación luminosa para fibra óptica y con un detector fotónico,

situados fuera de la conducción del aceite caloportador.


 

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