Tubería para el transporte de una sal fundida.

Tubería para el transporte de una sal fundida con una pared estable frente a las temperaturas que aparecen,

en la que en el interior de la tubería (5) se guía un conductor calefactor (21) para el calentamiento y el conductor calefactor (21) preferentemente no está en contacto con la pared interior de la tubería (5), caracterizada porque el conductor calefactor (21) está diseñado en forma de un tubo (69) o de un canal con cualquier sección transversal y en la pared del tubo o canal están configuradas aberturas, o caracterizada porque el conductor calefactor (21) está configurado como género de punto (65) o tejido anular, o caracterizada porque el conductor calefactor (21) presenta al menos una depresión en forma de U o en forma de V (71) que se extiende en la dirección axial.

Tubería para el transporte de una sal fundida La invención parte de una tubería para el transporte de una sal fundida con una pared del tubo estable frente a las temperaturas que aparecen.

Las tuberías que se atraviesan por una sal fundida se deben usar, por ejemplo, en centrales solares, en particular en centrales solares de colectores cilíndrico-parabólicos. Las tuberías están conectadas en este caso a redes que sirven para la captación de la energía solar en la central solar. En una central solar de este tipo, la energía de radiación del sol se concentra mediante espejos parabólicos sobre los receptores. La combinación de espejos parabólicos y receptores se denomina colector. Una serie de colectores se conecta en serie formando bucles solares. La energía de radiación captada por los receptores se transfiere a un líquido portador de calor. Actualmente como líquido portador de calor se usa en particular una mezcla de bifenilo / difenil éter que, no obstante, está limitada por su temperatura de descomposición de aprox. 400 ºC en su temperatura de funcionamiento máxima. Para obtener temperaturas de funcionamiento más elevadas, que posibiliten un rendimiento más elevado, se requieren otros líquidos portadores de calor. Para ello se usan en particular sales fundidas, por ejemplo, la así denominada Sal Solar 60, una mezcla de nitrato de sodio y nitrato de potasio en la relación de 60:40.

No obstante, una desventaja de las sales fundidas es que éstas tienen un elevado punto de fusión. Una mezcla de nitrato de sodio / potasio funde, por ejemplo, en el eutéctico, es decir en una relación de mezcla de 56:44 con una temperatura de 218 ºC. En las largas redes de tuberías, tal y como aparecen en centrales solares, las sales fundidas con puntos de fusión elevados difícilmente se pueden hacer funcionar de forma segura. El enfriamiento de la sal fundida puede provocar grandes daños económicos en los sistemas de tuberías. La causa de los daños es, por ejemplo, la intensa dilatación volumétrica de las sales fundidas durante la fusión. Existe el peligro de que los accesorios y tuberías se presionen y deterioren fuertemente.

Cuando la sal fundida se enfría, lo que puede suceder básicamente fuera de los tiempos de funcionamiento de la central solar, es decir, fuera de los tiempos de radiación del sol, se produce una contracción de volumen que puede conducir a un estado de solidificación diferente en función del compuesto de tubería y estado de funcionamiento. Se espera que en general se originen burbujas evacuadas en la tubería, que se juntan en unidades más o menos grandes. Durante la nueva fusión no se puede realizar una compensación de volumen suficiente debido a la eventualmente gran distancia espacial entre los puntos de fusión con expansión volumétrica y las zonas evacuadas, a fin de reducir las presiones que aparecen.

Para impedir un enfriamiento de la sal fundida, actualmente es habitual vaciar el sistema de tuberías en el caso de tiempos de parada más prolongados. Alternativamente también es posible calentar el sistema de tuberías. Para ello se puede usar, por ejemplo, energía eléctrica o utilizar calor de acumuladores térmicos disponibles. Cuando se usa el calor de acumuladores térmicos disponibles, se bombea habitualmente un líquido portador de calor caliente a través del sistema de tuberías. Estos procedimientos tienen la desventaja de que para ello se deben aplicar cantidades considerables de energía en forma de energía eléctrica o en forma de energía térmica.

Cuando está previsto un calentamiento eléctrico, entonces éste se realiza actualmente habitualmente mediante adición de conductores calefactores eléctricos, aislados por minerales y resistentes a altas temperaturas a las tuberías. No obstante, en el caso de receptores, según se usan en centrales solares de colectores cilíndricoparabólicos, no se puede aplicar esta técnica, dado que los receptores individuales están muy bien aislados térmicamente frente al entorno mediante una camisa de vidrio evacuada. Actualmente los receptores se calientan por eso de forma eléctrica, dado que al sistema de tuberías mismo se le aplica una intensidad de corriente elevada con baja tensión. No obstante, esto tiene la desventaja de que en los conectores de tuberías pueden aparecer diferentes valores de resistencias de transición o pérdidas térmicas. En los puntos con una resistencia elevada aparece un calentamiento más intenso. Existe el peligro de un calentamiento no uniforme y de que la sal usada como portador de calor quede localmente por debajo de la temperatura de fusión.

Los conductores calefactores interiores se conocen para la protección frente a congelación de sistemas de tuberías de agua con amplia aplicación, por ejemplo, en Escandinavia. En este caso un conductor calefactor eléctrico aislado se tiende de forma suelta en el sistema de tuberías a proteger. El conductor calefactor impide el enfriamiento de las tuberías en caso de peligro de congelación. Este procedimiento es térmicamente más eficiente que un calentamiento desde el exterior. No obstante, un conductor calefactor semejante metido en la tubería no se puede aplicar para tuberías que conducen una sal fundida. Aparte de la temperatura de uso mucho más elevada y las condiciones oxidantes de una sal fundida, el conductor interior en los sistemas de agua protege frente a la expansión volumétrica en caso de enfriamiento. No obstante, a diferencia de ello la expansión volumétrica en las sales fundidas no aparece durante el enfriamiento sino durante la fusión.

En particular antes de la puesta en funcionamiento es necesario calentar el sistema de tuberías que conduce la sal. Cuando para ello se aplica una tensión al sistema de tuberías mismo es necesario llevar toda la masa de acero del sistema de tuberías a una temperatura claramente por encima del punto de fusión de la sal antes de la puesta en funcionamiento de la central solar. Para ello se necesita una gran cantidad de energía.

Para manejar las centrales solares con largas tuberías sin la solidificación de la sal fundida, actualmente se intenta usar alternativamente a la sal solar sales de bajo punto de fusión. No obstante, esto tiene la desventaja de que las sales presentan una estabilidad térmica más baja y restringen el rango de uso a temperaturas por debajo de 500 ºC. Esto conduce a un rendimiento más bajo de la central solar respecto a sales solares.

Además, es necesario mantener las sales portadoras de calor de bajo punto de fusión en sistemas cerrados, lo que conduce a un gasto adicional, dado que se deben tender sistemas de inertización en el campo solar. Una intertización es necesaria en particular cuando se usan mezclas que contienen nitritos como sal portadora de calor, dado que el nitrito puede oxidar en presencia de aire con oxígeno formando nitrato y por consiguiente puede aumentar de forma incontrolada el punto de solidificación de la sal. Cuando se usan mezclas de sales que contienen calcio, el calcio puede reaccionar con el dióxido de carbono contenido en el aire formando carbonato de calcio insoluble.

Además, mediante la adición de nitratos de los elementos litio, rubidio y cesio se puede rebajar el punto de solidificación de la sal solar. No obstante, estas sales sólo son adquiribles a pequeña escala y no están disponibles de forma económica en las cantidades que se necesitan para las centrales solares, en particular con acumuladores de calor.

El objetivo de la invención es proporcionar una tubería para el transporte de una sal fundida, que permita fundir de nuevo la sal portadora de calor solidificada en la tubería sin provocar daños en la tubería. Otro objetivo de la invención es evitar la emisión de calor de un campo solar durante la parada, por ejemplo durante la noche, debido a la bajada de la temperatura de funcionamiento de la sal portadora de calor.

El objetivo se resuelve mediante una tubería para el transporte de una sal fundida con una pared del tubo estable frente a las temperaturas que aparecen, guiándose un conductor calefactor para el calentamiento en el interior de la tubería, no estando en contacto el conductor calefactor con la pared interior de la tubería.

Mediante el uso de un conductor calefactor en el interior de la tubería es posible fundir uniformemente la sal solidificada a lo largo del conductor calefactor dentro de la tubería, de modo que se forma un canal alrededor del conductor calefactor a través del que se puede transportar la sal fundida. De este modo se evita que debido a la dilatación volumétrica de la sal fundida se ejerzan presiones demasiado elevadas sobre la tubería. Una distribución de temperaturas uniforme a lo largo del conductor calefactor conduce... [Seguir leyendo]

1. Tubería para el transporte de una sal fundida con una pared estable frente a las temperaturas que aparecen, en la que en el interior de la tubería (5) se guía un conductor calefactor (21) para el calentamiento y el conductor calefactor (21) preferentemente no está en contacto con la pared interior de la tubería (5) , caracterizada porque el conductor calefactor (21) está diseñado en forma de un tubo (69) o de un canal con cualquier sección transversal y en la pared del tubo o canal están configuradas aberturas, o caracterizada porque el conductor calefactor (21) está configurado como género de punto (65) o tejido anular, o caracterizada porque el conductor calefactor (21) presenta al menos una depresión en forma de U o en forma de V (71) que se extiende en la dirección axial.

2. Tubería según la reivindicación 1, caracterizada porque el conductor calefactor (21) está dispuesto de forma descentrada en la tubería (5) , siendo la distancia del conductor calefactor (21) mayor hacia abajo que hacia arriba, en el caso de un tramo de tubo que discurre con una pendiente máxima de 45º.

3. Tubería según la reivindicación 1, caracterizada porque el conductor calefactor (21) está dispuesto de forma centrada en la tubería (5) cuando la tubería (5) presenta una pendiente de más de 45º.

4. Tubería según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el conductor calefactor (21) se guía en ojales (29) en la tubería (5) atravesada por la sal fundida.

5. Tubería según la reivindicación 4, caracterizada porque sobre el conductor calefactor (21) se aplica un aislador (33) y el conductor calefactor (21) está fijado con el aislador (33) en el ojal (29) .

6. Tubería según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el conductor calefactor (21) está fijado 20 con espaciadores elásticos en el interior de la tubería (5)

7. Tubería según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque en el conductor calefactor (21) están colocados lazos (37) que se cuelgan en ganchos de fijación (39) para fijar el conductor calefactor (21) en la tubería (5) .

8. Tubería según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la tubería (5) comprende un tubo 25 interior que se atraviesa por la sal fundida.

9. Tubería según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el conductor calefactor (21) está dividido en segmentos de conductor calefactor, estando conectados los segmentos de conductor calefactor con pequeñas resistencias eléctricas.

10. Tubería según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la tubería (5) está dividida en 30 segmentos (51) individuales.

11. Tubería según la reivindicación 9 y 10, caracterizada porque la longitud de los segmentos de conductor calefactor se corresponde con la longitud de uno o varios segmentos (51) de la tubería (5) .

12. Tubería según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque la tubería (5) es una tubería en un campo solar (1) de una central solar con colectores cilíndrico-parabólicos.

13. Tubería según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque los codos de tubo (45) para el desvío del flujo presentan respectivamente un tramo de tubería (47) que se prolonga en la dirección de la tubería (5) , estando cerrado el tramo de tubería (47) con un cierre (49) y guiándose el conductor calefactor (21) a través del cierre (49) del tramo de tubería (47) .

14. Tubería según la reivindicación 13, caracterizada porque el cierre (49) del tramo de tubería (47) está realizado 40 como brida ciega.

15. Tubería según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque el material de superficie para el conductor calefactor (21) está seleccionado a partir de un acero inoxidable resistente a la corrosión frente al nitrato.

16. Tubería según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizada porque el conductor calefactor (21) se guía 45 de forma no aislada en la tubería.

17. Tubería según la reivindicación 16, caracterizada porque el conductor calefactor (21) está fabricado a partir de varios tubos que están llenos con un material eléctricamente buen conductor.

18. Uso de una sal fundida que contiene nitrato de sodio y nitrato de potasio, en el que la fracción de nitrato de

sodio es de al menos el 60% en peso, como portador de calor en una central solar, en el que la central solar 50 contiene al menos una tubería según una de las reivindicaciones 1 a 17.