Sistema de tubería y procedimiento para vaciar un sistema de tubería.

Sistema de tubería para el transporte de una sal fundida en una central solar de canales parabólicos o una central de Fresnel,

que comprende al menos una tubería (5) a través de la que fluye la sal fundida, al menos un conducto de alimentación y al menos un conducto de evacuación, caracterizado porque la tubería (5) a través de la que fluye la sal fundida tiene al menos una pendiente inclinada con respecto a la horizontal y que está conectada en cada caso en las posiciones más bajas a través de una válvula de vaciado (25) con un conducto de vaciado (27) y en las posiciones más altas con una válvula de ventilación (23).

Sistema de tubería y procedimiento para vaciar un sistema de tubería La invención se refiere a un sistema de tubería para el transporte de una sal fundida, que comprende al menos una tubería a través de la que fluye la sal fundida, al menos un conducto de alimentación y al menos un conducto de evacuación. Además, la invención se refiere a un procedimiento para vaciar un sistema de tubería para transportar una sal fundida.

Sistemas de tubería para el transporte de una sal fundida se emplean, por ejemplo, en centrales solares, en particular en centrales solares de canales parabólicos o en centrales de Fresnel. Los sistemas de tubería están diseñados a este respecto en general en forma de redes que sirven para detectar energía solar en la central solar tal como son conocidas, por ejemplo, por el documento US 2010/0199974. En una central solar de este tipo se concentra la energía de radiación del sol mediante espejos parabólicos sobre receptores. La combinación de un espejo parabólico y un receptor se denomina colector. Una serie de colectores se conectan en serie de modo que forman los denominados bucles solares. Para ello, los receptores están conectados en cada caso con el sistema de tubería o constituyen una parte del sistema de tubería. A través del sistema de tubería fluye un líquido caloportador al que se transfiere la energía de radiación captada por los receptores.

Actualmente se emplea como líquido caloportador en particular una mezcla de éter de bifenilo/difenilo que, sin embargo, está limitada con respecto a su temperatura operativa máxima debido a su temperatura de descomposición de aproximadamente 400 °C. Para obtener temperaturas operativas superiores que permiten un rendimiento mayor son necesarios otros líquidos caloportadores. Para ello se emplean en particular sales fundidas, por ejemplo, la denominada sal solar, una mezcla de nitrato de sodio y nitrato de potasio en una proporción de 60:40.

Sin embargo, el inconveniente de sales fundidas es que éstas tienen un alto punto de fusión. Por ejemplo, una mezcla de nitrato de sodio/nitrato de potasio se funde en el eutéctico, es decir, con una proporción de mezcla de 44:56 con una temperatura de 218 °C. En sistemas de tubería largos, tal como aparecen en centrales solares, es difícil operar de manera segura sales fundidas con altos puntos de fusión. La congelación de la sal fundida puede provocar grandes daños económicos en sistemas de tubería. El motivo de los daños es, por ejemplo, la expansión de volumen intensa de sales en la fusión. Existe el riesgo de que griferías y tuberías se abran a presión y sufran daños importantes.

Cuando la sal fundida se congela, lo que básicamente se puede realizar fuera de los tiempos operativos de la central solar, es decir, fuera de los tiempos de radiación del sol o en caso de una interrupción de la radiación solar a causa de las condiciones meteorológicas, se produce una contracción de volumen que en función del sistema de tubería y del estado operativo puede conducir a un estado de congelación diferente. Se espera que en general se produzcan burbujas evacuadas de forma no ventilada en la tubería que se juntan de modo que forman unidades más o menos grandes. En la refusión no se puede realizar una compensación de volumen suficiente para reducir presiones que se producen, dado el caso, debido a una distancia espacial grande entre los puntos de fusión con una expansión de volumen y las zonas evacuadas.

Para evitar una congelación de la sal fundida en el sistema de tubería es habitual vaciar el sistema de tubería en caso de tiempos de parada prolongados. Sin embargo, en los sistemas de tubería actuales con un depósito de reserva para la sal fundida, el vaciado requiere mucho tiempo y, en particular en caso de fallos a corto plazo, por ejemplo, en caso de una interrupción de la corriente eléctrica, no se puede garantizar de manera segura de modo que en particular en casos de este tipo se pueden producir daños en las tuberías.

Para el vaciado está previsto actualmente un recipiente de vaciado que está construido en una depresión y está protegido frente a una fuga con una cubeta de recipiente. Los bucles solares individuales, que están formados por el sistema de tubería, tienen una ligera pendiente de aproximadamente un 0, 3 % de modo que el líquido contenido en las tuberías se desplaza al interior del recipiente de vaciado en caso de un vaciado debido a la pendiente.

En sistemas actuales con sólo un recipiente de vaciado, la pendiente pequeña que se emplea no es adecuada en general para vaciar de forma suficientemente rápida y completa en particular sistemas de tubería con tuberías largas tales como se emplean en centrales solares de canales parabólicos o en centrales de Fresnel y que a menudo pueden tener una longitud de tubería global de 100 kilómetros. Por otro lado, habitualmente se emplean válvulas y grifos que no tienen una posición segura. Así, en caso de una interrupción de energía, por ejemplo, las válvulas no pueden llevar el bucle solar a un estado seguro vaciado. En este caso se tiene que contar de manera segura con la congelación de la sal empleada como portador de calor. La solución de facilitar el suministro de energía eléctrico mediante un suministro auxiliar no es lo suficientemente segura contra todos los defectos de funcionamiento en la instalación. Finalmente, en caso de un vaciado al interior de un recipiente de vaciado central se producen trayectos de evacuación y tiempos de evacuación largos con el riesgo de que la sal caloportadora se congele durante la evacuación. Por otro lado, un fallo en un bucle solar puede conducir a que se pongan fuera de servicio todos los demás bucles solares.

Además, en sistemas de tubería empleados actualmente están conectados en general bancos de colectores en los elementos de distribución para el medio caloportador mediante tubos flexibles o uniones de articulación esférica. Sin embargo, éstos no están diseñados de modo que descienden constantemente. Por tanto, en el vaciado existe el riesgo de que restos de sal permanezcan en las conexiones flexibles y se congelen en las mismas.

Actualmente se emplea en general sal con un punto de fusión más bajo para minimizar los problemas que aparecen debido a la sal fundida en las tuberías. Sin embargo, sales fundidas de este tipo tienen inconvenientes considerables. Por ejemplo, sales caloportadoras conocidas con una temperatura de fusión más baja son mezclas de nitratos y nitritos del sodio y potasio así como de nitrato de potasio, nitrato de sodio y nitrato de calcio.

Sin embargo, mezclas de este tipo tienen una estabilidad térmica menor que la sal solar empleada habitualmente de nitrato de potasio nitrato de sodio, por lo que se limita el ámbito de uso a una temperatura inferior a 500 °C. Esto tiene como consecuencia de que se tenga que asumir un menor rendimiento de la central. Además, las sales se tienen que mantener en sistemas cerrados, lo que en el ámbito del campo solar conduce a un esfuerzo adicional, ya que sistemas de inertización, sistemas de limpieza de gas o sistemas de desviación de gas se tienen que colocar en el campo solar. La inertización es necesaria, ya que, por un lado, con sales que contienen nitrito, oxígeno atmosférico puede oxidar el nitrito de modo que se forma nitrato y, de este modo, el punto de solidificación de la sal puede aumentar de forma no controlada y, con sistemas que contienen calcio, dióxido de carbono reacciona con iones de calcio de modo que se forma carbonato de calcio insoluble.

Sales adicionales alternativas contienen en una medida considerable elementos caros y de escasa disponibilidad que limitan el uso económico a sistemas con una reserva baja. Componentes caros en estas sales son, por ejemplo, litio, rubidio y cesio.

Sistemas caloportadores diferentes a sales tienen en general una alta presión de vapor o provocan un esfuerzo considerable para la protección frente a corrosión de sistemas de tubería largos.

Por la industria química son conocidos sistemas para calentar reactores de baño de sal en los que existe en el punto más bajo un depósito de vaciado que está superpuesto con nitrógeno. En el sistema, todos los actuadores se encuentran en una posición segura de modo que, en caso de un estado operativo no deseado, la sal caloportadora fundida, en general una mezcla binaria de nitrito de sodio y nitrato de potasio, fluye al interior del recipiente de vaciado. Para ello, todas las tuberías están dispuestas de modo que descienden hacia el recipiente de vaciado. Las tuberías tienen a este respecto un diámetro tan grande que los conductos se vacían aunque no están previstas ventilaciones adicionales. Zonas sin capacidad de evacuación,... [Seguir leyendo]

1. Sistema de tubería para el transporte de una sal fundida en una central solar de canales parabólicos o una central de Fresnel, que comprende al menos una tubería (5) a través de la que fluye la sal fundida, al menos un conducto de alimentación y al menos un conducto de evacuación, caracterizado porque la tubería (5) a través de la que fluye la sal fundida tiene al menos una pendiente inclinada con respecto a la horizontal y que está conectada en cada caso en las posiciones más bajas a través de una válvula de vaciado (25) con un conducto de vaciado (27) y en las posiciones más altas con una válvula de ventilación (23) .

2. Sistema de tubería de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cada válvula de vaciado (25) y cada válvula de ventilación (23) es una válvula con un funcionamiento intrínsicamente seguro que se abre cuando se produce una situación que requiere un vaciado.

3. Sistema de tubería de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la tubería (5) está diseñada como bucle en forma de u, estando el conducto de alimentación y el conducto de evacuación dispuestos en cada caso en los extremos de brazo del bucle en forma de u, estando la válvula de ventilación (23) dispuesta preferiblemente de forma céntrica entre el conducto de alimentación y el conducto de evacuación en la tubería (5) .

4. Sistema de tubería de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la válvula de ventilación (23) está conectada con un conducto de gas comprimido.

5. Sistema de tubería de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque están comprendidas al menos dos tuberías (5) que en cada caso tienen una pendiente inclinada con respecto a la horizontal y que en cada caso están conectadas en las posiciones más bajas a través de una válvula de vaciado (25) con un conducto de vaciado (27) y en las posiciones más altas con una válvula de ventilación (23) .

6. Sistema de tubería de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el conducto de vaciado (27) desemboca en un recipiente de vaciado (17) , teniendo el recipiente de vaciado (17) preferiblemente un volumen que corresponde al menos al volumen de todas las tuberías (5) que desembocan a través de los respectivos conductos de vaciado (27) en el recipiente de vaciado (17) .

7. Sistema de tubería de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el recipiente de vaciado (17) está evacuado.

8. Sistema de tubería de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque el recipiente de vaciado (17) comprende un tubo de inmersión (41) a través del que se vacía la sal fundida desde la tubería (5) al interior del recipiente de vaciado (17) , en el que, preferiblemente, en el extremo del tubo de inmersión (41) está dispuesto un detector de fase (43) .

9. Sistema de tubería de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el sistema de tubería está segmentado, teniendo cada segmento (49) al menos dos tuberías (5) y estando asociado con cada segmento

(49) un recipiente de vaciado.

10. Sistema de tubería de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la tubería (5) comprende al menos un tramo flexible (45) que permite un movimiento de la tubería (5) , estando el tramo flexible (45) diseñado de modo que la tubería (5) tiene también en la zona del tramo flexible (45) una pendiente de la válvula de ventilación (23) en la dirección de la válvula de vaciado (25) .

11. Sistema de tubería de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la sal fundida contiene al menos un nitrito o al menos un nitrato del sodio, potasio o calcio o cualquier mezcla de estas sales.

12. Procedimiento para vaciar un sistema de tubería para el transporte de una sal fundida en una central solar de canales parabólicos o una central de Fresnel de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que para el vaciado se abren las válvulas de vaciado (25) y la válvula de ventilación (23) de modo que la sal fundida puede salir de la tubería (5) a través del conducto de vaciado (27) .

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el sistema de tubería se vacía cuando la presión, la temperatura y/o el caudal volumétrico de la sal fundida a través de la tubería se diferencian en más de una tolerancia previamente establecida con respecto a un valor teórico previamente establecido o cuando se debe realizar un vaciado manual o un vaciado automático debido al funcionamiento de la tubería.

14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12 o 13, caracterizado porque con un vaciado a través de la válvula de ventilación (23) se introduce un gas bajo presión en la tubería (5) , siendo el gas bajo presión preferiblemente nitrógeno, aire sintético, aire depurado de CO2 o aire.

15. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque la presión en la sal fundida se ajusta mediante una resistencia de flujo elevada en proximidad del recipiente de vaciado o en el tubo de inmersión al interior del recipiente de vaciado de modo que en cada punto de la columna de líquido existe una presión absoluta que es mayor que la presión de vapor de la sal fundida.