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Centro Mexicano de Innovación en Energía Solar - Dish-Stirling -

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FORMATO DE ESTRUCTURA PARA LA PRESENTACION DE CADA UNO DE LOS PROYECTOS ESTRATÉGICOS DEL CEMIE-Sol

I Tipo de proyecto y línea de investigación estratégica.

El proyecto propuesto titulado “Desarrollo de sistemas tipo disco/Stirling para aplicaciones domesticas con cogeneración y generación eléctrica” es de tipo Desarrollo tecnológico dentro de la línea Potencia Solar Térmica para la Producción de Electricidad.

De acuerdo a lo indicado en el apartado 2.5 de los Términos de Referencia de la Convocatoria, el proyecto en cuestión se clasifica dentro de la línea de investigación denominada Potencia solar térmica para la producción de electricidad.

II Instituciones y empresas participantes.

Nombre y/o razón social:

Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV, Chihuahua) RENIECyT # 514

Descripción de la participación:

CIMAV se encargará de desarrollar un sistema que utiliza un concentrador solar tipo Scheffler con facetas reflectivas a base de polímeros, un receptor solar con superficie selectiva para alta temperatura y un motor de ciclo Stirling con regeneración térmica asistida por una reacción termo-química reversible.

Dirección: Ave. Miguel de Cervantes 120, Complejo Industrial Chihuahua, Chihuahua, Chihuahua, México C.P. 31109

No. telefónico: +52 (614) 439 1100 ext. 1148

Correo electrónico:

Dr. Ignacio Ramiro Martin Domínguez, [email protected]


Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM) – Campus Monterrey RENIECyT # 614


ITESM – Campus Monterrey se encargará de diseñar y fabricar prototipos de motores Stirling tipo alfa. Dichos motores se integrarán a un sistema “Dish-Stirling” de doble generación, produciendo electricidad y agua caliente en el ámbito residencial. La capacidad del sistema “Dish-Stirling” será entre 1 y 2 kW.

Dirección: Av. Eugenio Garza Sada #2501 Sur, Monterrey, N.L. CP 64740

No. telefónico: +52 (81) 8358 2000 ext. 5105


Dr. Ciro A. Rodríguez, [email protected]


Energon Industries EJS S.A de C.V.


La empresa Energon Industries EJS proporcionará asesoría sobre tendencias de mercado en las aplicaciones residenciales de generación de energía eléctrica con base en sistemas solares. La empresa también apoyará en el diseño de los diversos componentes del sistema “Dish-Stirling” para aplicaciones residenciales.

Dirección: Florence Nightingale #660, Col. Jardines Roma, Monterrey, N.L. CP 64740

No. telefónico: +52 (81) 1933 5083


Sinuhe Moreno, [email protected] J. Angel Magaña, [email protected]

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III Líder técnico y administrativo del proyecto.

Nombre: Dr. Ignacio Ramiro Martin Domínguez

Adscripción y cargo: Investigador Titular “B”, Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV, Chihuahua),


No. telefónico: (614) 439 1100 ext. 1148

Correo electrónico: [email protected]

Nombre: Lic. Nathanael Martínez Coronel

Adscripción y cargo: Dirección de Administración y Finanzas, Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV, Chihuahua)


No. telefónico: (614) 439 1100 ext. 1168

Correo electrónico: [email protected]

IV Principales integrantes del equipo de trabajo.

Los principales integrantes del equipo de trabajo se describen a continuación.

Nombre: Ricardo Beltrán Chacón

Adscripción y cargo: Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV, Chihuahua), Investigador Asociado "C", Departamento de Energías Renovables y Protección del Medio Ambiente.

Campo de conocimiento:

Energía solar térmica, concentradores solares, generación eléctrica termosolar.

Nivel académico: Doctorado

Pertenece al SNI y en su caso Nivel:

No (ingreso en evaluación)

Información relevante:

Línea de investigación implica el uso de materiales avanzados, modelado, simulación y diseño de componentes, procedimientos de prueba y caracterización receptores solares híbridos con concentración así como de las tecnologías para su aprovechamiento.

Actividades específicas:

1. Diseñar y construir un concentrador tipo Scheffler con una geometría y estructura optimizada para reducir el material requerido y las pérdidas ópticas y térmicas.

2. Puesta en marcha de un motor Stirling tipo alfa de 1 kW y caracterización con los gases de trabajo N2 y CO2.

Producto que generará:

Coordinación y desarrollo del sistema de generación solar receptor/motor Stirling en baja capacidad (3 kW)

Nombre: Nicolás Velázquez Limón

Adscripción y cargo: Investigador titular “C”, Jefe del Centro de Estudios de las Energías Renovables, Instituto de Ingeniería, Universidad Autónoma de Baja California.


Enfriamiento termosolar, Fuentes renovables de energía, Simulación de procesos de tecnologías energéticas limpias y Concentración Energía solar.



S.N.I Nivel 1

Información Línea de investigación se dirige al desarrollo de tecnologías sustentables con energías renovables,

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relevante: enfocándose a la aplicación de la energía solar y sistemas avanzados de enfriamiento termosolar en los sectores residencial, comercial e industrial.


Préstamo en custodia de prototipo de motor Stirling de 1 kW y asesoría en el diseño y optimización del concentrador tipo Scheffler.


Diseño de primera propuesta de concentrador solar tipo Scheffler.

Nombre: José Martín Herrera Ramírez

Adscripción y cargo: Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV, Chihuahua), Investigador titular “A”


Simulación por elementos finitos de estructuras, Relación estructura-propiedades mecánicas de los materiales



S.N.I Nivel 1


Fue director del Centro de Investigación Aplicada y Desarrollo Tecnológico de la Industria Militar, cuenta con 9 desarrollos tecnológicos, registro de 4 diseños industriales, 3 marcas y 1 patente. Ha sido responsable de diversos proyectos


Revisión bibliográfica en artículos, libros y patentes. Participación en la simulación y cálculo de estructuras. Participación en la elaboración de los reportes y publicaciones que se generen.


Participará en el cálculo de estructuras mediante elementos finitos, así como en la selección de los materiales adecuados para la fabricación de estructuras.

Nombre: Mario Miki Yoshida

Adscripción y cargo: Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV, Chihuahua), Investigador Titular "C"


Recubrimientos Nanoestructurados



S.N.I. Nivel 3


Artículo más citado en la última década en México, en el área de Ciencia de Materiales, Miembro del Editorial Board de la revista ISRN Nanotechnology, Áreas de Interés Síntesis, caracterización y aplicación microestructural de óxidos metálicos.


Realizar pruebas para el depósito de películas en sustratos planos, Caracterización micro-estructural del recubrimiento selectivo, Optimización de las características micro-estructurales.


Desarrollo de metodología y técnica de depósito de recubrimientos selectivos de alta absorbancia y baja emitancia para receptores solares de alta temperatura (700 °C)

Nombre: Patricia Amézaga Madrid

Adscripción y cargo: Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV, Chihuahua), Técnico titular “C”





S.N.I. Nivel 1

Información relevante: Capacidades: Materiales nanoestructurados, Síntesis de Nanomateriales (películas delgadas, nanopartículas, nanotubos de carbón, grafenos) por la técnica AACVD (Depósito Químico de Vapor Asistido por Aerosol).


Realizar pruebas para el depósito de películas en sustratos planos, Caracterización micro-estructural del recubrimiento selectivo, Optimización de las características micro-estructurales.

Producto que Desarrollo de metodología y técnica de depósito de recubrimientos selectivos de alta absorbancia y

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generará: baja emitancia para receptores solares de alta temperatura (700 °C)

Nombre: Pedro Piza Ruiz



Electrónica y Opto-electrónica

Nivel académico: Maestría


No


Capacidades: Espectroscopia UV-Vis-Nir y Raman. Instrumentación, automatización e integración de equipos de medición.


Medición de propiedades ópticas del recubrimiento selectivo


Reporte de medición de propiedades ópticas del recubrimiento selectivo

Nombre: Miguel Humberto Bocanegra Bernal


Campo de conocimiento: Integridad y Diseño de Materiales Compuestos

Nivel académico: Maestria


Ninguno

Información relevante: Línea de investigación: Materiales compuestos base alúmina, zirconia, magnesia, cementos y concretos refractarios

Actividades específicas: Asistencia para la selección de los materiales aislantes térmicos, síntesis y fabricación de pieza para aislamiento térmico.

Producto que generará: Material y dispositivo para aislamiento térmico de partes internas del motor Stirling

Nombre: Alberto Martínez Villafañe

Adscripción y cargo: Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV, Chihuahua), Investigador titular “C”


Corrosión



S.N.I. Nivel 3


Proyectos dirigidos: Desarrollo de componentes resistentes a altas temperaturas, para motores con super-aleaciones; Air force office of scientific research latin american initiative. High temperature oxidation of superalloys and intermetallic compounds.


Se probaran nuevos materiales y recubrimientos en alta temperatura y sales fundidas utilizando técnicas electroquímicas.


Caracterización electroquímica: materiales en los medios de Sodio y Litio fase liquida, Recubrimientos fabricados por aleado mecanico y aplicados por plasma atmosférico.

Nombre: José Guadalupe Chacón Nava

Adscripción y cargo: Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV, Chihuahua), Investigador Titular “C”

Campo de Corrosión

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conocimiento:



S.N.I. Nivel 2

Información relevante: Presidente Nacional de NACE Sección México, Presidente NACE International-NACE Sección México, Miembro de The Minerals, Metals and Materials Society (TMS), Miembro The Minerals, Metals and Materials Society, USA


Se probaran nuevos materiales y recubrimientos en alta temperatura y sales fundidas utilizando técnicas electroquímicas.


Caracterización electroquímica: materiales en los medios de Sodio y Litio fase liquida, Recubrimientos fabricados por aleado mecánico y aplicados por plasma atmosférico.

Nombre: Virginia Hidolina Collins Martínez

Adscripción y cargo: Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV, Chihuahua), Investigadora titular “B”





S.N.I. Nivel 1


Capacidades, Desarrollo de catalizadores, fotocatalizadores y electrocatalizadores, Procesos de producción de hidrogeno y materiales absorbentes de CO2, Líneas de Investigación: Producción de Hidrogeno y Celdas de Combustible.


Caracterización termo-química de las mezclas sorbente-desorbente/CO2 y elaboración de matriz para regenerador termo-químico.


Caracterización, optimización y elaboración de regenerador termo-químico.

Nombre: Alejandro López Ortiz

Adscripción y cargo: Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S. C. (CIMAV, Chihuahua), Investigador titular “B”





S.N.I. Nivel 1


Capacidades: Investigación en Química de materiales, Procesos en nanotecnología: producción de hidrogeno, reformación, oxidación parcial, absorción de CO2, fotocatálisis. Síntesis de catalizadores por varios métodos: impregnación, Sol gel.


Caracterización termo-química de las mezclas sorbente-desorbente/CO2 y elaboración de matriz para regenerador termo-químico.


Caracterización, optimización y elaboración de regenerador termo-químico.

Nombre: Erasto Armando Zaragoza Contreras


Campo de conocimiento: Polímeros



S.N.I. Nivel 1

Información relevante: Áreas de Interés: Síntesis de polímeros, Nanocomposites, Polimerización en emulsión, Polímeros conductores, Surfactantes.

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Actividades específicas: 1. Evaluación de las propiedades mecánicas de los candidatos de materiales poliméricos.

2. Diseño de faceta con soporte a base de polímero. 3. Fabricación de las facetas mediante prensado.

Producto que generará: Facetas con soporte integrado a base de polímero para concentrador solar.

Nombre: Sergio Gabriel Flores Gallardo



Polímeros



S.N.I. Nivel 1

Información relevante: Capacidades: Procesos para caracterización de compuestos químicos, cinética de reacciones químicas, Análisis térmicos de los compuestos químicos como polímeros; Lineas de Investigación Adhesión interfacial entre películas coextruidas de poliamida.

Actividades específicas: 1. Evaluación de las propiedades mecánicas de los candidatos de materiales poliméricos. 2. Diseño de faceta con soporte a base de polímero. 3. Asistencia en el diseño de los moldes para fabricación de facetas mediante prensado. 4. Fabricación de las facetas mediante prensado.


Nombre: Mónica Elvira Mendoza Duarte


Campo de conocimiento: Desarrollo de materiales compuestos poliméricos, Materiales conductivos, Generación de partículas nanométricas

Nivel académico: Licenciatura


No

Información relevante: Capacidades: Caracterización y desarrollo de nuevos materiales, Análisis mecánico-dinámico de sólidos, Estudios de energía interfacial y ángulo de contacto

Actividades específicas: 1. Evaluación de las propiedades mecánicas de los candidatos de materiales poliméricos. 2. Diseño de faceta con soporte a base de polímero. 3. Fabricación de las facetas mediante prensado.


Nombre: Ciro Ángel Rodríguez González

Adscripción y cargo: Director – Centro de Innovación en Diseño y Tecnología Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey – Campus Monterrey


Ciencias de la Tecnología – Tecnología Industrial



SNI Nivel 2 (CVU #20794)

Información relevante: Línea de investigación en procesos de manufactura, maquinados de alto rendimiento, herramentales y procesos de prototipado.


Asesoría en selección de procesos de manufactura, herramentales y procesos de prototipado para componentes de motores Stirling y plato paraboloide colector.


Plan de proceso para prototipos de motogeneradores Stirling y concentrador parabólico residencial. Coordinación de actividades y adquisiciones para instalación de un laboratorio de pruebas para motores Stirling.

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Nombre: Alex Elías Zúñiga

Adscripción y cargo: Profesor Investigador – Centro de Innovación en Diseño y Tecnología Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey – Campus Monterrey

Campo de conocimiento: Ciencias de la Tecnología – Tecnología Mecánica



SNI Nivel 2

Información relevante: Línea de investigación dinámica de sistemas mecánicos.

Actividades específicas: Asesoría en diseño mecánico del motor Stirling tipo α (alfa) y β (beta).

Producto que generará: Diseño de detalle para componentes de motogeneradores Stirling considerando la dinámica del sistema para lograr la resonancia requerida.

Nombre: Héctor Rafael Siller Carrillo


Campo de conocimiento: Ciencias de la Tecnología – Tecnología Industrial



SNI Nivel 1

Información relevante: Línea de investigación en procesos de manufactura, maquinados de alto rendimiento, herramentales y procesos de prototipado.

Actividades específicas: Asesoría en selección de procesos de manufactura, herramentales y procesos de prototipado para componentes de motores Stirling y plato paraboloide colector.

Producto que generará: Plan de procesos de maquinado para prototipos de motogenerador Stirling y concentrador parabólico para aplicación residencial.

Nombre: Oscar Martínez Romero


Campo de conocimiento: Ciencias de la Tecnología – Tecnología Mecánica



n/a

Información relevante: Línea de investigación en simulación por elemento finito de sistemas mecánicos.

Actividades específicas: Asesoría en validación del diseño mecánico del motor Stirling tipo β (beta).

Producto que generará: Validación virtual por análisis de elemento finito de comportamiento mecánico, térmico y eléctrico.

Nombre: Osvaldo Micheloud

Adscripción y cargo: Profesor Investigador – Departamento de Ingeniería Eléctrica Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey – Campus Monterrey

Campo de conocimiento: Ciencias de la Tecnología – Tecnología Eléctrica



SNI Nivel 1

Información relevante: Línea de investigación en motores y generadores eléctricos.

Actividades específicas: Asesoría en validación del diseño eléctrico de la etapa de generación eléctrica en motor

Stirling tipo β (beta).

Producto que generará: Diseño eléctrico de la etapa de generación eléctrica en motor Stirling tipo β (beta).

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V Antecedentes y Justificación

El motor Stirling fue patentado por Robert Stirling en 1816 (Finkelstein and Organ 2001) pero el desarrollo del motor de combustión interna y el motor eléctrico reemplazó rápidamente su utilización. En 1973 los laboratorios de investigación de Philips en Eindhoven retomaron esta tecnología para su uso en moto-generadores (Walker 1980). Después de 1984 se obtuvieron los primeros sistemas con fines de comercialización, de donde destacan los siguientes sistemas. (A) El sistema Vanguard de 25 kW construido por Advanco (1982-1985), que utilizaba un disco de 10.5 m compuesto por facetas de vidrio, un receptor iluminado directamente y el motor United Stirling 4-95 Mark II, el cual presentó problemas de vibración y fugas de hasta 0.1 m3 por hora de hidrógeno. (B) La compañía Schlaich Bergermann and Partner (SBP) utilizaba un concentrador de membrana tensionada y el motor V-161 construido por SOLO Kleinmotoroen GmbH. Esta tecnología se utilizó en el sistemas DISTAL I con una capacidad nominal de 9 kW con una disponibilidad de 90% y una eficiencia pico de conversión solar a eléctrica de 20% (Mills 2004). Una versión modificada del motor fue evaluada en el sistema DISTAL II demostrando que es el motor con la tecnología más madura y confiable en la clase de 10 kW (Baumüller 1997). El sistema utilizaba los concentradores de faceta tensionada, los cuales cuentan con la ventaja de tener buenas propiedades ópticas y una buena rigidez, aunque tenía altos costos de transporte y ensamble en el sitio (Wolfgang Schiel 2003). (C) El sistema construido por Science Applications International Corporation (SAIC) en 1994, utilizaba el motor III 4-120 de 25 kW construido por Stirling Thermal Motors (STM) y un concentrador compuesto por 16 facetas hechas de membranas tensionadas. Aunque la eficiencia del motor era de 36.1%, las pérdidas del reflector, receptor, transmisión y generador reducían la eficiencia global a poco menos de 21% (Masters 2004). El sistema era capaz de operar con varios tipos de combustibles, entre ellos biogás; no obstante el concentrador solar de múltiples facetas presentaba dificultad para mantener alineadas las facetas. (D) El proyecto Advanced Dish Devlopment System (ADDS) para aplicaciones en zonas remotas incluía la operación autónoma y mantenimiento mínimo. Utilizaba el concentrador y controles de la firma WGAssociates y la unidad de conversión Stirling SOLO 161. Los problemas de operación estuvieron asociados con el software de los controles del motor y concentrador. Las principales fallas del motor fueron fugas de helio debido a procedimientos inadecuados. (E) El sistema de disco/Stirling construido por McDonnell Douglas Aerospace operó hasta 1988; posteriormente la empresa Stirling Energy System lo desarrollo bajo la marca de Suncatcher, acumulando más de 50 000 horas de operación y un nuevo record de eficiencia neta de 31.25% (Burroughs 2008) y una eficiencia común de 25-26% (Clarke 2010). El 29 Septiembre de 2011 Stirling Energy Systems se acogió al Capítulo 7 de bancarrota. El sistema Suncatcher utilizaba un concentrador solar con diseño radial con facetas de espejo curvadas y un motor completamente modificado. Los objetivos eran aumentar el desempeño, la confiabilidad, la vida del sistema y reducir su costo. (F) El sistema PowerDish de la empresa Infinia Corp. y cuenta con un motor Stirling de pistón libre con una capacidad 3 kW, que logra una máxima eficiencia de 24%. (G) En el proyecto Eurodish se diseñaron y construyeron dos prototipos para abordar los siguientes aspectos (Keck T. 2003): 1. Reducción del costo de los componentes mediante el uso de elementos estándar en la industria. 2. Desarrollo de un nuevo sistema de fabricación para el disco concentrador (se ha abandonado la tecnología de membrana tensionada y se ha utilizado un sistema de moldes y

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material compuesto). 3. Mejora de los componentes utilizados en la cavidad que reciben la energía solar concentrada. 4. Nuevos procedimientos para el montaje del sistema sin necesidad de una grúa. Los modernos motores Stirling de alto desempeño operan con hidrógeno y helio a temperaturas superiores a los 973 K y a presiones de hasta 200 bar. Las eficiencias de conversión de los mejores motores Stirling es de aproximadamente 40% (Kreith and Goswami 2007).

Diversas actividades básicas como la industria, agricultura, transporte, acondicionamiento de espacios, comunicaciones y disposición de residuos hacen que la disponibilidad de energía eléctrica sea indispensable. La explotación de los combustibles fósiles presenta efectos adversos para el medio ambiente (lluvia acida, cambio climático y contaminación) y además es insostenible. De entre las energías renovables, la más abundante es la energía solar, misma que es abundante en la zona norte del país. Para aprovechar este abundante recurso solar existen diversas tecnologías como chimenea solar, estanque solar, ciclo Rankine Orgánico, canal parabólico, concentrador Fresnel, torre central y motores Stirling. Una de las soluciones a la problemática anterior es el desarrollo de tecnología que permita aprovechar fuentes de energías renovables; y de manera particular mejorar el desempeño, confiabilidad y vida útil, así como disminuir el costo de dichas tecnologías, para que sean económicamente atractivas en el mercado actual. La tecnología de motor Stirling resulta de gran interés debido a su alta eficiencia de conversión solar-eléctrica, (Thombare and Verma 2008, Parlak, Wagner et al. 2009) así como su potencial para producir bajas emisiones cuando opera con combustibles, además de su capacidad de operar con diversas fuentes térmicas y su operación silenciosa.

Existen varios estudios que indican una tendencia hacia la generación eléctrica distribuida con base en tecnología de motores Stirling (Corria 2006, Lilley 2012, Scarpete 2011, Shaneb 2011).

Sin embargo su alto costo de manufactura, peso y dificultad de sellado del gas de trabajo ha impedido su amplia utilización (Koichi Hirata 1999; Ercan Ataer and Karabulut 2005). Bajo este contexto se proponen como alternativa de solución a esta problemática:

(A) La utilización de concentradores solares tipo Scheffler compuesto por facetas a base de polímeros permitiendo: remover la ubicación del motor de la estructura del concentrador, permitiendo a dicha estructura reducir sus requerimientos estructurales, reducir el peso de las superficies reflectivas al evitar el uso de metales y vidrio. Estas últimas dos ventajas permiten reducir el peso y consecuentemente el costo del concentrador ya que actualmente este componente representa el mayor costo total del sistema (Kaushika and Reddy 2000). Además, la aplicación de receptores fijos con concentradores Scheffler permite incorporar almacenamiento térmico en grandes capacidades con mayor facilidad que en disco parabólico, la posición fija del receptor, permite utilizar otros tipos de tecnología como ciclos Rankine y Brayton solares independientemente de las restricciones en cuestión de peso, tamaño y nivel de vibraciones que actualmente tienen en discos parabólicos.

(B) Probar nuevos materiales y recubrimientos para operación en sales fundidas (alta temperatura) utilizando técnicas electroquímicas con fines de identificación de candidatos y desarrollo de materiales para su utilización en receptores solares del tipo de tubo de calor para

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el suministro de calor del motor. Este tipo de intercambiador de calor permite evitar la distribución no uniforme de la radiación solar concentrada que suele provocar puntos calientes sobre el receptor/abosrbedor solar ocasionando perturbaciones sobre el comportamiento del motor y acortando su vida útil (Stine y Diver 1994), facilitan la operación con fuentes de calor hibridas, reducen el volumen del calentador (aumentando la potencia) y permiten la operación a temperatura constante, permitiendo diseñar y construir los intercambiadores con mayor confiabilidad y aprovechar al máximo sus capacidades de operación (Andraka, Rawlinson et al. 1996).

(C) El desarrollo y aplicación de superficies selectivas con alta absorbancia y baja emitancia con la finalidad de aumentar la eficiencia térmica del receptor.

(D) La investigación de gases alternativos al hidrogeno y helio tales como el nitrógeno y particularmente CO2 en conjunto con una matriz del regenerador con material que permita la absorción-desorción del gas de trabajo impulsado por las diferencias de temperatura que se presentan cíclicamente dentro del motor, buscando reducir los problemas de sellado, fuga de gas y trabajo de compresión.

VI Objetivos y metas.

El objetivo de la presente propuesta es desarrollar sistemas del tipo disco/Stirling, para una aplicación residencial el cual incluye un sistema de recuperación de calor para producción de agua caliente (cogeneración); y una versión dirigida hacia la generación eléctrica enfocada a la operación hibrida solar/fósil con capacidad para almacenamiento térmico. El sistema disco/Stirling para cogeneración se caracteriza por utilizar un concentrador de disco parabólico de fácil ensamble y un motor Stirling tipo alfa que incorpora un sistema compacto de recuperación de calor para producción de agua caliente. El sistema enfocado a la operación hibrida con almacenamiento, incluye un concentrador solar tipo Scheffler con facetas reflectivas a base de polímeros, un receptor solar de tubo de calor con superficie selectiva de alta temperatura y un motor de ciclo Stirling con regeneración térmica asistida por una reacción termo-química reversible.

El proyecto en cuestión está compuesto por los siguientes objetivos específicos: 1. Diseño y prototipado de intercambiadores de calor compacto (receptor, enfriador,

recuperador de calor) para motores Stirling para alta temperatura mediante técnicas de

manufactura avanzadas.

2. Diseño, fabricación e integración de materiales cerámicos (aislantes térmicos) en partes

internas y externas del motor.

3. Desarrollo y prueba de técnicas y materiales para el sellado en la sección pistón/cilindro

en la zona de alta temperatura.

4. Desarrollar métodos de diseño y manufactura que permitan reducir el costo de los

concentradores de foco puntual tipo disco parabólico y Scheffler.

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5. Diseño y construcción de un prototipo de concentrador solar tipo Scheffler con facetas a

base de polímeros con receptor solar hibrido en estructura de soporte independiente.

6. Diseño y construcción de un prototipo de concentrador solar de disco parabólico de

bajo costo, fácil transporte y ensamble.

7. Desarrollo de un motor Stirling tipo alfa optimizado para aplicaciones de cogeneración y

fabricación de bajo costo en volúmenes bajos.

8. Desarrollo de superficies selectivas para receptores solares de alta temperatura hechas

con recubrimientos a base de óxidos metálicos para receptores solares de alta

temperatura.

9. Probar nuevos materiales y recubrimientos para reducción de efectos corrosivos en receptores solares del tipo tubo de calor para alta temperatura.

10. Desarrollo de un motor Stirling que opera con CO2 como gas de trabajo e incluye una

regeneración térmica asistida por una reacción termo-química reversible.

11. Validación experimental de un simulador numérico como herramienta de diseño,

evaluación y optimización de este tipo de sistemas.

12. Construcción de una plataforma de caracterización óptica de concentradores solares de

foco puntual (Disco parabólico y Scheffler).

13. Construcción de un banco de pruebas (dinamómetro) para caracterización y prueba de

motores Stirling operando a base de combustibles bajo condiciones controladas.

Las etapas contempladas en el proyecto son las siguientes:

Etapa Descripción de la Etapa Descripción de la Meta Descripción y Justificación de la Actividad

1. Estado del Arte

Actualización del estado del arte en términos de materiales y técnicas de desarrollo. Definición de propuestas de diseño para estructura y facetas de concentrador.

Identificar candidatos de materiales poliméricos para facetas reflectivas y materiales inter-metálicos para el receptor solar y regenerador termoquímico.

La reducción del costo del concentrador implica la selección adecuada de los materiales con bajo peso y buenas propiedades mecánicas. Mientras que en el receptor es importante evaluar a nivel muestra para pasar posteriormente a la fabricación del dispositivo.

2. Simulación y diseño.

Realizar la ingeniería básica de los componentes a utilizar y realizar pruebas a nivel laboratorio.

Simulación de estructura metálica, estrategia de diseño de moldes para facetas, caracterización electroquímica de los materiales en los medios propuestos, realizar pruebas para el depósito de películas en sustratos planos y diseño de aislantes y partes internas del motor.

Una vez identificados los candidatos a materiales a utilizar, proceder a realizar diseños preliminares y determinar su idoneidad en función de los objetivos planteados mediante simulación y datos experimentales de laboratorio.

3. Prototipo de concentrador

Fabricación física de los diseños obtenidos en la modelación conceptual e ingeniería a detalle de cada una de las partes que conforman la

Construcción de estructura del concentrador Scheffler y disco parabólico, diseño y construcción de moldes para las facetas del concentrador solar, definir mecanismo de caracterización (impedancia , ruido

Evaluar las capacidades de manufactura de la facetas e identificar áreas de reducción de costos, resolver cualquier imprevisto en la puesta en marcha del motor.

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tecnología.

electroquímico, curvas de polarización) , caracterización micro-estructural del recubrimiento selectivo, puesta en marcha del prototipo de motor Stirling termo-químico.

4. Prototipos de motor y

recubrimientos.

Prototipado de motor con sistema de recuperación de calor, puesta en marcha de motor para regeneración termo-química, Definir mecanismo de caracterización de materiales para tubos de calor (impedancia, ruido electroquímico, curvas de polarización) , caracterización micro-estructural del recubrimiento selectivo.

Fabricar los primeros prototipos de los componentes del motor (bloque, calentador, enfriador, recuperación de calor), caracterización micro-estructuralmente a nivel laboratorio del recubrimiento selectivo, puesta en marcha y uso del laboratorio de prueba y caracterización de motores.

La fabricación de los primeros prototipos permitirá identificar la capacidad de integración compacta de los componentes en los sistemas finales. Al ser la actividad principal del proyecto es primordial generar experiencia en el proceso de fabricación para que una vez realizada la etapa de evaluación experimental y optimización, ser capaces de mejorar tanto el diseño del componente como del proceso de manufactura.

5. Evaluación experimental.

Prueba de los prototipos a nivel escala y laboratorio de los componentes y recubrimientos.

Instalación de los equipos para la prueba experimental de motores y llevar cabo la caracterización térmica y fluido-dinámica con los sistemas de instrumentación y adquisición de datos.

Operación de bancos de prueba, instrumentación de componentes para medición de parámetros, mecánicos y térmicos, sistema modular de adquisición de datos, diseño de experimentos, realización de pruebas, recopilación y análisis estadístico de datos.

6. Validación de modelos

Análisis de resultados de las pruebas de pruebas experimentales, evaluación óptica de facetas para concentrador Scheffler.

Determinar experimentalmente el desempeño de los componentes diseñados, tanto para los componentes de los motores como de los concentradores. Determinar las características ópticas del concentrador.

Validar la metodología de diseño previo a la fabricación del resto de los componentes mediante prototipado (orientado a producción).

7. Rediseño. Rediseño de componentes en base a modelos validados y resultados de optimización.

Determinar la factibilidad de optimización de los componentes desarrollados a fin de lograr un prototipo final con características que estimulen su transferencia tecnológica.

Construcción de componentes finales y resolución de improvistos previos a su ensamble en el sistema final.

8. Documentación.

Elaboración de reportes finales, protección de propiedad intelectual, divulgación de resultados.

Realizar la protección intelectual de los dispositivos optimizados así como la divulgación del conocimiento generado.

Proteger la propiedad intelectual a fines de realizar una transferencia tecnológica, dar divulgación a los resultados obtenidos a fin de aportar al campo de conocimiento y buscar oportunidades de comercialización.

VII Descripción, contenido innovador y/o propiedad intelectual.

A diferencia de otro tipo de aplicaciones similares, el sistema “Dish-Stirling” a desarrollar es de baja capacidad (aplicaciones residenciales, comerciales de bajo consumo, sistemas aislados, etc.). Sin embargo son sistemas totalmente modulares, es decir, se pueden integrar varios sistemas para lograr satisfacer la capacidad deseada. Adicionalmente de producir entre 1,000 y

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2,000 W de potencia eléctrica, el producto será capaz de aprovechar el calor residual (de ciclo y pérdidas) para aplicaciones de baja temperatura, como es el caso de calentamiento de agua residencial, comercial o incluso sistemas de refrigeración solar y ciertas aplicaciones industriales que requieran calor de proceso de baja temperatura. Todo esto integrado en un solo sistema con un precio final de compra estimado de $12,000 USD.

Desarrollar la tecnología de concentración Scheffler para alta temperatura involucraría novedades tecnológicas patentables, entre las ventajas se tiene que permitirían reducir el peso y consecuentemente el costo del concentrador. Además, la utilización de receptores fijos con concentradores Scheffler permite incorporar almacenamiento térmico en grandes capacidades con mayor facilidad que en disco parabólico, la posición fija del receptor, permite utilizar otros tipos de tecnología como ciclos Rankine y Brayton solares independientemente de las restricciones en cuestión de peso, tamaño y nivel de vibraciones que actualmente tienen en discos parabólicos.

El desarrollo de facetas a base de polímeros representaría uno de los primeros concentradores fabricados de este modo a nivel nacional, además de que los materiales a utilizar serán desarrollados, sintetizados y fabricados para atender principalmente la reducción del costo y el alto rendimiento de los concentradores solares.

De manera semejante, el desarrollo de recubrimientos a base de óxidos metálicos representaría una de las primeras superficies selectivas para altas temperaturas desarrolladas en México. En este mismo sentido el desarrollo de recubrimientos y síntesis de aleaciones para receptores solares de tubo de calor implicaría una innovación en el campo de los materiales para aplicaciones en altas temperaturas bajo condiciones extremas de corrosión.

Similarmente al resto de los desarrollos, la incorporación de un regenerador termo-químico a un motor Stirling representaría una primicia en su clase al utilizar un fluido de trabajo que interactúa químicamente con los intercambiadores de calor de un motor que opera bajo el ciclo Stirling.

Los beneficios y resultados del proyecto se presentan a continuación:

• Desarrollo e innovación en los sistemas de concentración solar para alta temperatura capaces de utilizarse para otros fines además de tecnología Stirling.

• Desarrollo e innovación en recubrimientos selectivos para operación en altas temperaturas.

• Desarrollo e innovación en recubrimientos y materiales inter-metálicos para la reducción de los efectos corrosivos en “tubos de calor” que operen en altas temperaturas.

• Desarrollo e innovación en motores de ciclo Stirling que empleen la regeneración térmica asistida por una reacción química reversible.

• Desarrollo e innovación de tecnología solar mexicana para el desarrollo y la independencia energética del país.

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• Alta competitividad de empresas nacionales en el mercado nacional y mundial en oposición a empresas transnacionales extranjeras, de este tipo de tecnologías.

• Incremento y desarrollo de capital humano, con la continuidad en la investigación y aplicación de esta tecnología a nivel nacional, así como por su uso difusión y mejora continua, de estas mismas tecnologías.

• Activación de la inversión en los sectores de diseño, investigación, construcción, y manufactura, con la consecuente activación de la economía local, estatal y nacional por el uso y aplicación de energías renovables.

• Generación de empleos permanentes en toda la cadena productiva desde el desarrollo y fabricación de la tecnología, hasta la puesta en marcha, operación y mantenimiento.

• Disminución de la emisión de gases contaminantes por la combustión y de efecto invernadero.

VIII Resultados esperados y entregables.

Los resultados esperados se indican en la tabla anexa, detallando para cada etapa y actividad la relación de productos, así como sus respectivos mecanismos de transferencia.

Etapa Actividad Productos de la Etapa Mecanismo de Transferencia

1. Estado del arte. Actualización del estado del arte tecnológico y científico

1. Reporte técnico 2. Artículos de divulgación

1. Reporte técnico

2. Simulación y diseño.

1. Diseño y propuestas de concentradores. 2. Evaluación de las propiedades mecánicas de los candidatos de materiales poliméricos.

1. Reporte técnico con diseño de concentradores solares con modelos CAD. 2. Reporte técnico de evaluación de materiales. 3. Solicitudes de patente.

1. Reporte técnico con diseño de concentradores solares. 2. Reporte técnico de evaluación de materiales.

3. Prototipos de concentrador solar.

1. Construcción de prototipo de concentrador de disco parabólico, 2. Construcción de estructura para concentrador tipo Scheffler y moldes para las facetas correspondientes.

1. Prototipos de concentrador solar de disco parabólico y Scheffler. 2. Reporte técnico de la construcción de los concentradores.

1. Reportes técnicos de los prototipos. 2. Prototipos demostrativos de prueba de concepto. 3. La infraestructura de diseño derivada de este proyecto se pondrá a disposición de las empresas nacionales que conforman la industria de tecnología solar.

4. Prototipos de motores Stirling y recubrimientos selectivos y anti-corrosivos.

1. Prototipado de motor con sistema de recuperación de calor, 2. Puesta en marcha de motor para regeneración termo-química, 3. Definir mecanismo de caracterización de materiales para tubos de calor (impedancia, ruido electroquímico, curvas de polarización) , 4. Caracterización micro-estructural del recubrimiento

1. Prototipos de los componentes del motor (bloque, calentador, enfriador, recuperación de calor). 2. Fortalecimiento de infraestructura de Prototipado, 3. Reporte de caracterización micro-estructural y propiedades ópticas a nivel laboratorio del recubrimiento selectivo. 4. Reporte técnico de

1. Reportes técnicos. 2. Infraestructura de prototipado y laboratorios de prueba de motores a disposición del sector académico e industrial.

,


15

selectivo. caracterización de materiales para tubos de calor. 5. Reporte técnico de motor para regeneración termo-química, 6. Laboratorio de prueba y caracterización de motores.


1. Caracterización térmica y fluido-dinámica de motores para cogeneración, 2. Integración de recuperadores de calor a motores, 3. Integración y caracterización de la matriz con absorbente para regenerador termo-químico.

1. Reporte de caracterización fluido-dinámica de motores para cogeneración, 2. Prototipo de moto-generador con sistema de recuperación de calor integrado, 3. Reporte de caracterización de regenerador termo-químico.

1. Bancos de prueba con instrumentación y sistemas de adquisición de datos para medición de parámetros, mecánicos térmicos y ópticos, 2. Reporte de pruebas experimentales con recopilación y análisis estadístico de datos.

6. Validación de modelos teóricos y optimización.

1. Análisis de resultados de las pruebas, optimización de diseños. 2. Evaluación óptica de facetas para concentrador Scheffler,

1. Reporte de validación y modificación de modelos con datos experimentales. 2. Sistemas de prueba y caracterización óptica de concentradores solares. 3. Reporte de evaluación óptica de facetas para concentrador Scheffler,

1. Reportes de validación de modelos para diseño de componentes del sistema.

7. Rediseño de componentes optimizados.

1. Rediseño de componentes en base a modelos validados y resultados de optimización.

1. Diseños de componentes redimensionados para optimización.

1. Reporte de diseños finales para sistemas de disco/Stirling con modelos CAD.

8. Documentación

1. Elaboración de reportes finales, 2. Protección de propiedad intelectual, 3. Divulgación de resultados

1. Elaboración de reportes técnicos finales, 2. Publicaciones en congresos y revistas internacionales, 3. Solicitudes de patentes, 4.Preparación de paquetes tecnológicos para su transferencia a la industria mexicana de tecnología solar.

1. Reportes del desarrollo tecnológico, 2. Licenciamientos de patente, etc., 3. Transferencias tecnológicas,

IX Metodología(s) propuesta(s).

La metodología propuesta se detalla en la tabla anexa: Etapa Actividad Metodología propuesta

1. Estado del arte. 1. Establecer el estado del arte en términos tecnológicos y científicos. Los dispositivos involucrados incluyen concentradores/estructuras, mecanismos de motor, materiales metálicos y poliméricos para componentes.

Investigaciones de mercado, documentación con base en productos comerciales, patentes y publicaciones científicas. Investigación de campo para definir un “Quality Function Deployment” (QFD) el cual refleje la voz del cliente y fundamente la etapa de diseño.

2. Simulación y diseño. 1. Realizar la ingeniería básica de los componentes a utilizar, 2. Realizar caracterización y pruebas de materiales a desarrollar a nivel laboratorio.

Modelación matemática, modelación CAD, simulaciones por elemento finito, datos experimentales, selección de materiales y procesos, generación de planos, impresión 3D para validación


16

de conceptos de diseño

3. Prototipos de concentrador solar.

1. Construcción de prototipo a escala real de concentrador de mediana temperatura, 2. Construcción de estructura para concentrador de alta temperatura y moldes para las facetas correspondientes.

Selección de procesos de conformado de chapa metálica para colectores, fabricación de herramentales para corridas cortas y moldes para inyección de facetas, manufactura de componentes, ensamble, metrología dimensional y de superficies.

4. Prototipos de motores Stirling y recubrimientos selectivos y anti-corrosivos.

1. Prototipado de motor con sistema de recuperación de calor, 2. Puesta en marcha de motor termo-químico, 3. Definir mecanismo de caracterización de materiales para tubos de calor (impedancia , ruido electroquímico, curvas

Modelación CAM para maquinados por control numérico computarizado (CNC), selección de herramientas d corte y procesos de maquinado, selección de procesos de vaciado para motores, impresión 3D de moldes para vaciado, comprobar la compatibilidad de los


1. Puesta en marcha de los motores con cogeneración y termo-químico, 2. Integración de los recuperadores de calor a los motores, 3. Evaluación óptica de facetas para concentrador de alta temperatura, 4. Integración del regenerador

Montaje de bancos de prueba, instrumentación de componentes para medición de parámetros, mecánicos térmicos y ópticos, sistema modular de adquisición de datos, diseño de experimentos, realización de pruebas, recopilación y análisis estadístico de datos.

6. Validación de modelos teóricos y optimización.

1. Análisis de resultados de las pruebas, optimización de diseños.

Análisis de resultados de las pruebas, comparación de los resultados de simulación vs resultados experimentales y modificación de modelos.

7. Rediseño de componentes optimizados.

1. Rediseño de componentes en base a modelos validados y resultados de optimización.

Redimensionamiento de tolerancias para sellos para optimización de pérdidas por fricción mecánica, modificación de áreas superficiales para optimización de transferencia de calor,

8. Documentación 1. Elaboración de reportes finales, 2. Protección de propiedad intelectual, 3. Divulgación de resultados

Generación de reportes técnicos, publicaciones y solicitudes de patentes. Preparación de paquetes tecnológicos para su transferencia a la industria mexicana de tecnología solar.

X Cronograma de actividades.

El cronograma de actividades se presenta en la tabla anexa

No. de proyecto: <por asignar>

Institución que lo propone: Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV)

Título del Proyecto: Desarrollo de sistemas tipo disco/Stirling para aplicaciones de cogeneración y generación eléctrica

Etapa 1. ESTADO DEL ARTE (Primer semestre) Duración de la etapa 6 meses

Actividad: 1 2 3 4 5 6

Actualización del estado del arte tecnológico y científico

Propuestas de diseño y selección de materiales

Etapa 2. SIMULACIÓN Y DISEÑO (Segundo semestre) Duración de la etapa 6 meses


Simulación y diseño de concentrador tipo Scheffler


17

Simulación y diseño de motor Stirling tipo α (alfa) con cogeneración

Diseño de concentrador solar de disco parabólico

Diseño de sistema de recuperación de calor de baja temperatura X X X

Protección de propiedad industrial X X X

Etapa 3. PROTOTIPOS DE CONCENTRADOR (Tercer semestre) Duración de la etapa 6 meses


Prototipado de concentrador solar de disco parabólico X X X X X X

Construcción de estructura para concentrador tipo Scheffler X X X X

Fabricación de moldes para facetas de concentrador tipo Scheffler X X X X

Prototipado de sistema de recuperación de calor de baja temperatura

X X X X X

Etapa 4. PROTOTIPOS DE MOTORES Y RECUBRIMIENTOS (Cuarto semestre) Duración de la etapa 6 meses


Prototipado de motogenerador Stirling tipo α (alfa) con cogeneración

X X X X X X

Prototipado de sistema de recuperación de calor X X X X

Puesta en marcha de motor Stirling termo-químico X X X X X

Caracterización electro-química de materiales para tubo de calor X X X X

Caracterización micro-estructural de recubrimiento selectivo X X X X

Etapa 5. EVALUACIÓN EXPERIMENTAL (Quinto semestre) Duración de la etapa 6 meses


Integración de los recuperadores de calor a los prototipos de motor para cogeneración

X X X X X

Puesta en marcha de motor con sistema de recuperación de calor

X X X X

Evaluación óptica de facetas reflectivas de concentrador de alta temperatura

X X X X X

Integración del regenerador termo-químico al motor Stirling para generación eléctrica

X

X X

Etapa 6. VALIDACIÓN Y OPTIMIZACIÓN (Sexto semestre) Duración de la etapa 6 meses


Análisis y procesamiento de resultados experimentales X X X X

Modificación de los modelos de diseño y simulación X X X X

Optimización de los diseños de motor y componentes internos X X X X

Etapa 7. REDISEÑO (Séptimo semestre) Duración de la etapa 6 meses


Rediseño en áreas de oportunidad detectadas durante etapa de validación

X X X X X X

,


18

Etapa 8. DOCUMENTACIÓN (Octavo semestre) Duración de la etapa 6 meses


Elaboración de reportes finales X X X X

Protección de propiedad industrial X X X X

Divulgación de resultados

X X X X X

A continuación se describe cada etapa en detalle.

Etapa 1: Estado del Arte (primer semestre)

Descripción de la etapa: (máximo 3900 caracteres)

Establecer el estado del arte en términos tecnológicos y científicos. Los dispositivos involucrados incluyen concentradores/estructuras, mecanismos de motor, materiales metálicos y poliméricos para componentes.

Descripción de la meta (máximo 3900 caracteres)

Identificar los tipos de estructura, mecanismos de manufactura y procesos de fabricación que permitan reducir el costo de los concentradores solares y de los bloques de motores Stirling. Identificar los materiales, aleaciones y precursores para la manufactura de las facetas del concentrador Scheffler, el receptor solar de tubo de calor y superficie selectiva respectivamente.

Descripción y justificación de la actividad (máximo 3900 caracteres)

La reducción del costo del concentrador implica la selección adecuada de los materiales con bajo peso y buenas propiedades mecánicas. Mientras que en el receptor es importante evaluar a nivel muestra para pasar posteriormente a la fabricación del dispositivo.

Productos de la etapa (máximo 3900 caracteres)

1. Reporte técnico

2. Artículos de divulgación

Etapa 2: Simulación y diseño (segundo semestre)

,


19


Realizar la ingeniería básica de los componentes a utilizar y realizar pruebas a nivel laboratorio para el receptor solar.


Simulación de estructura metálica, estrategia de diseño de moldes para facetas, caracterización electroquímica de los materiales en los medios propuestos, realizar pruebas para el depósito de películas en sustratos planos y diseño de aislantes y partes internas del motor.


Una vez identificados los candidatos a materiales a utilizar, proceder a realizar diseños preliminares y determinar su idoneidad en función de los objetivos planteados mediante simulación y datos experimentales de laboratorio.


1. Reporte técnico con diseño de concentradores solares con modelos CAD.

2. Reporte técnico de evaluación de materiales.

3. Solicitudes de patente.

Etapa 3: Prototipo de concentrador (tercer semestre)


Fabricación física de los diseños obtenidos en la modelación conceptual e ingeniería a detalle de cada una de las partes que conforman el concentrador solar.


Construcción de estructura de los concentradores Scheffler y disco parabólico, diseño y construcción de moldes para las facetas del concentrador solar, puesta en marcha del prototipo de motor Stirling termo-químico.


Evaluar las capacidades de manufactura de la facetas e identificar áreas de reducción de costos, resolver cualquier imprevisto en la puesta en marcha del motor.

,


20


1. Prototipos de concentrador solar de disco parabólico y Scheffler.

2. Reporte técnico de la construcción de los concentradores.

Etapa 4: Prototipos de motor y recubrimientos (cuarto semestre)


Prototipado de motor con sistema de recuperación de calor, puesta en marcha de motor para regeneración termo-química, Definir mecanismo de caracterización de materiales para tubos de calor (impedancia, ruido electroquímico, curvas de polarización) , caracterización micro-estructural del recubrimiento selectivo.


Fabricar los primeros prototipos de los componentes del motor (bloque, calentador, enfriador, recuperación de calor), caracterización micro-estructuralmente a nivel laboratorio del recubrimiento selectivo, puesta en marcha y uso del laboratorio de prueba y caracterización de motores.


La fabricación de los primeros prototipos permitirá identificar la capacidad de integración compacta de los componentes en los sistemas finales. Al ser la actividad principal del proyecto es primordial generar experiencia en el proceso de fabricación para que una vez realizada la etapa de evaluación experimental y optimización, ser capaces de mejorar tanto el diseño del componente como del proceso de manufactura.


1. Prototipos de los componentes del motor (bloque, calentador, enfriador, recuperación de calor).

2. Fortalecimiento de infraestructura de Prototipado,

3. Reporte de caracterización micro-estructural y propiedades ópticas a nivel laboratorio del recubrimiento selectivo.

4. Reporte técnico de caracterización de materiales para tubos de calor.

5. Reporte técnico de motor para regeneración termo-química,

Ќ


21

6. Laboratorio de prueba y caracterización de motores.

Etapa 5: Evaluación experimental (quinto semestre)


Prueba de los prototipos a nivel escala y laboratorio de los componentes y recubrimientos.


Instalación de los equipos para la prueba experimental de motores y llevar cabo la caracterización térmica y fluido-dinámica con los sistemas de instrumentación y adquisición de datos.


Operación de bancos de prueba, instrumentación de componentes para medición de parámetros, mecánicos y térmicos, sistema modular de adquisición de datos, diseño de experimentos, realización de pruebas, recopilación y análisis estadístico de datos.


1. Reporte de caracterización fluido-dinámica de motores para cogeneración,

2. Prototipo de moto-generador con sistema de recuperación de calor integrado,

5. Reporte de caracterización de regenerador termo-químico.

Etapa 6: Validación de modelos (sexto semestre)


Análisis de resultados de las pruebas de pruebas experimentales, evaluación óptica de facetas para concentrador Scheffler.


Determinar experimentalmente el desempeño de los componentes diseñados, tanto para los componentes de los motores como de los concentradores. Determinar las características ópticas del concentrador.


Ќ


22

Validar la metodología de diseño previo a la fabricación del resto de los componentes mediante prototipado (orientado a producción).


1. Reporte de validación y modificación de modelos con datos experimentales.

2. Sistemas de prueba y caracterización óptica de concentradores solares.

3. Reporte de evaluación óptica de facetas para concentrador Scheffler.

Etapa 7: Rediseño (séptimo semestre)


Rediseño de componentes en base a modelos validados y resultados de optimización.


Determinar la factibilidad de optimización de los componentes desarrollados a fin de lograr un prototipo final con características que estimulen su transferencia tecnológica.


Construcción de componentes finales y resolución de improvistos previos a su ensamble en el sistema final.


1. Diseños de componentes redimensionados mediante optimización.

Etapa 8: Documentación (octavo semestre)


Elaboración de reportes finales, protección de propiedad intelectual, divulgación de resultados.


Realizar la protección intelectual de los dispositivos optimizados así como la divulgación del conocimiento generado.

,


23


Proteger la propiedad intelectual a fines de realizar una transferencia tecnológica, dar divulgación a los resultados obtenidos a fin de aportar al campo de conocimiento y buscar oportunidades de comercialización.


1. Elaboración de reportes técnicos finales,

2. Publicaciones en congresos y revistas internacionales,

3. Solicitudes de patentes,

4. Preparación de paquetes tecnológicos para su transferencia a la industria mexicana de tecnología solar.

XI Desglose financiero a nivel rubros.

El desglose financiero a nivel de rubros se anexa en el formato Excel indicado.

退Ќ


24

ETAPA MODALIDAD ORIGEN RUBROIMPORTE

(MXN)INSTITUCIÓN QUE EJERCE RECURSO

CLAVE / No. DE

PROYECTO

1 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 162,000.00$ CIMAV1 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 287,280.00$ ITESM - Campus Mty.1 PY FONDO Pasajes y viáticos 6,000.00$ CIMAV1 PY FONDO Pasajes y viáticos 18,000.00$ ITESM - Campus Mty.1 PY FONDO Gastos de operación 357,580.00$ CIMAV1 PY FONDO Gastos de operación 3,000.00$ ITESM - Campus Mty.1 PY FONDO Maquinaria y equipo 612,990.00$ CIMAV1 PY FONDO Maquinaria y equipo 260,000.00$ ITESM - Campus Mty.1 PY FONDO Servicios externos nacionales o extranjeros 50,000.00$ CIMAV1 PY FONDO Servicios externos nacionales o extranjeros 50,000.00$ ITESM - Campus Mty.1 PY FONDO Gastos relacionados a la protección de la propiedad intelectual3,000.00$ CIMAV2 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 162,000.00$ CIMAV2 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 261,540.00$ ITESM - Campus Mty.1 PY FONDO Pasajes y viáticos 6,000.00$ CIMAV2 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 18,000.00$ ITESM - Campus Mty.2 PY FONDO Gastos de operación 130,200.00$ CIMAV2 PY FONDO Gastos de operación 40,000.00$ ITESM - Campus Mty.2 PY FONDO Maquinaria y equipo 1,405,841.00$ CIMAV2 PY CONCURRENTE Maquinaria y equipo 72,000.00$ ITESM - Campus Mty.2 PY FONDO Gastos relacionados a la protección de la propiedad intelectual3,000.00$ CIMAV3 py FONDO Gastos relacionados a la protección de la propiedad intelectual60,000.00$ ITESM - Campus Mty.3 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 144,000.00$ CIMAV3 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 310,140.00$ ITESM - Campus Mty.3 PY FONDO Pasajes y viáticos 6,000.00$ CIMAV3 PY FONDO Pasajes y viáticos 18,000.00$ ITESM - Campus Mty.3 PY FONDO Gastos de operación 1,512,800.00$ CIMAV3 PY FONDO Gastos de operación 480,000.00$ ITESM - Campus Mty.3 PY FONDO Maquinaria y equipo 597,800.00$ CIMAV3 PY CONCURRENTE Maquinaria y equipo 398,000.00$ ITESM - Campus Mty.3 PY FONDO servicios externos nacionales o extranjeros 105,000.00$ ITESM - Campus Mty.3 PY FONDO Gastos relacionados a la protección de la propiedad intelectual3,000.00$ CIMAV4 PY FONDO Gastos relacionados a la protección de la propiedad intelectual3,000.00$ CIMAV4 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 108,000.00$ CIMAV4 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 310,140.00$ ITESM - Campus Mty.4 PY FONDO Pasajes y viáticos 126,000.00$ CIMAV4 PY FONDO Pasajes y viáticos 35,000.00$ ITESM - Campus Mty.4 PY FONDO Gastos de operación 1,513,600.00$ CIMAV4 PY FONDO Gastos de operación 13,000.00$ ITESM - Campus Mty.4 PY FONDO Maquinaria y equipo 635,600.00$ CIMAV4 PY FONDO Maquinaria y equipo 485,000.00$ ITESM - Campus Mty.4 PY FONDO Servicios externos nacionales o extranjeros 240,000.00$ ITESM - Campus Mty.5 PY FONDO Maquinaria y equipo 274,776.00$ CIMAV5 PY FONDO Gastos relacionados a la protección de la propiedad intelectual3,000.00$ CIMAV5 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 72,000.00$ CIMAV5 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 261,540.00$ ITESM - Campus Mty.5 py FONDO Pasajes y viáticos 6,000.00$ CIMAV5 PY FONDO Pasajes y viáticos 18,000.00$ ITESM - Campus Mty.5 PY FONDO Gastos de operación 45,000.00$ CIMAV5 PY FONDO Gastos de operación 3,000.00$ ITESM - Campus Mty.6 PY FONDO Maquinaria y equipo 412,973.00$ CIMAV6 py FONDO Gastos relacionados a la protección de la propiedad intelectual3,000.00$ CIMAV6 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 90,000.00$ CIMAV6 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 261,540.00$ ITESM - Campus Mty.6 PY FONDO Pasajes y viáticos 6,000.00$ CIMAV6 PY FONDO Pasajes y viáticos 35,000.00$ ITESM - Campus Mty.6 PY FONDO Gastos de operación 13,000.00$ ITESM - Campus Mty.7 PY FONDO Gastos de operación 33,000.00$ ITESM - Campus Mty.7 PY FONDO Maquinaria y equipo 116,256.00$ CIMAV7 PY FONDO Gastos relacionados a la protección de la propiedad intelectual3,000.00$ CIMAV7 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 54,000.00$ CIMAV7 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 287,280.00$ ITESM - Campus Mty.7 PY FONDO Pasajes y viáticos 6,000.00$ CIMAV7 PY FONDO Pasajes y viáticos 68,000.00$ ITESM - Campus Mty.8 PY FONDO Gastos de operación 3,000.00$ ITESM - Campus Mty.8 PY FONDO Maquinaria y equipo 671,743.00$ CIMAV8 PY FONDO Gastos relacionados a la protección de la propiedad intelectual12,000.00$ CIMAV8 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 54,000.00$ CIMAV8 PY FONDO Recursos humanos y apoyos 287,280.00$ ITESM - Campus Mty.8 PY FONDO Pasajes y viáticos 120,000.00$ CIMAV8 PY FONDO Pasajes y viáticos 18,000.00$ ITESM - Campus Mty.

Registro de patentes

3 Becarios de licenciatura ($18,000 semestral)

Un (1) profesor investigador con dedicación

Gastos para asistencia a congreso nacional e

Gastos de viaje para tres personas (reunión de

Gastos de viaje para una persona


Servicios de impresión de reportes técnicos.

Materiales para impresión 3D ($15k), servicios

Pirheliometro KippZonen CHP1 con accesorios

Vigilancias tecnologicas





Servicios de impresión de reportes técnicos

CFR Calibration Facility • 115 VAC for

Fotómetro Allied Vision Tech, Piranometro






Construcción de banco de prueba para


Seguidor solar KippZonen 2AP, Analizador de




Renta de equipos de rechazado y conformado

Estudios y revisiones tecnologicas




Gastos de viaje a. IER, congreso nacional e


Segunda mitad de los moldes para las facetas,

Servicios de impresión de reportes técnicos.

Camara termografica Flir T620, sistemas de

Equipo modular y software para adquisición

Servicios externos de maquinados

Componentes para horno tubular (20in x

Aportación en especie de tiempo en


Gastos relacionados con el registro de 3 a 4





Construcción de estructura Schffler, Diseño de

Materiales: materia prima y componentes

Dinamometro para motores de 2 hp que

Aportación en especie de tiempo en


Componentes para sistema electro-mecanico

Equipo de Cómputo: Una workstation para

Consultoria con M. C. Paul Fraser

Análisis especializado sobre termodinámica






Materia prima de materiales ceramicos,

Materiales para máquinas de impresión 3D.

JUSTIFICACIÓN





Reactivos, sales precursoras, solventes,

僰И


25

XII Impactos, análisis de oportunidades, plan de negocios y/o mecanismos de transferencia (dependiendo del tipo de proyecto).

Este proyecto estratégico contempla los impactos indicados en la tabla anexa.

Tipo de Impacto

Descripción

Impacto científico

Se generará nuevo conocimiento científico y técnico en los procesos de transferencia de calor, materiales cerámicos para aplicaciones solares de alta temperatura y procesos de manufactura para los diversos componentes del sistema que nos permitan mejorar el desempeño de la unidad de generación eléctrica. Se determinaran las correlaciones experimentales del factor de fricción y los coeficientes individuales de transferencia de calor para los fluidos y geometrías de interés, que nos permita diseñar con más certidumbre las futuras unidades de generación eléctrica de diferentes capacidades.

Impacto tecnológico

El impacto tecnológico del proyecto se generará a través del patentamiento de nuevos sistema de cogeneración (electricidad y agua caliente) con base en motogeneradores Stirling y plato concentrador parabólico. Las plantas demostrativas en las instituciones correspondientes facilitaran a realizar la divulgación de este tipo de tecnologías y a estimular la formación de recursos humanos en esta línea.

Impacto social

Debido a que la fabricación de este tipo de tecnología puede ser realizada en territorio nacional, se tiene el potencial de crear una cantidad considerable de empleos bien remunerados con productos con alto valor agregado. Además, si por medio de un programa de apoyo estatal o federal, se realiza una implementación masiva del desarrollo tecnológico del proyecto, en los lugares alejados de la red eléctrica o en las zonas urbanas con familias de escasos recursos, puede elevar la calidad de vida de las familias o ayudar a disminuir el pago por la facturación eléctrica

Impacto económico

El impacto económico del proyecto se visualiza a través de la derrama económica derivada de la producción nacional de la tecnología por desarrollar, logrando también la reducción en importaciones y en dependencia tecnológica. Así mismo, la implementación de este tipo de tecnologías permitiría presentar al usuario como un ciudadano responsable o como una empresa comprometida con el cuidado del medio ambiente.

Impacto ambiental

Desde el punto de vista ambiental, se estaría satisfaciendo la demanda de energía eléctrica sin dañar el ambiente, de una manera ecológica y sustentable. Se estaría disminuyendo las emisiones que se producen en los procesos actuales de generación eléctrica que provocan la contaminación de aire, aguas y tierra, así como el cambio climático.

RUBRO 1 2 3 4 5 6 7 8 TOTAL FONDO PY

Recursos humanos y apoyos 449,280.00$ 441,540.00$ 454,140.00$ 418,140.00$ 333,540.00$ 351,540.00$ 341,280.00$ 1,013,023.00$ 3,802,483.00$

Pasajes y viáticos 30,000.00$ -$ 24,000.00$ 161,000.00$ 24,000.00$ 41,000.00$ 74,000.00$ 120,018.00$ 474,018.00$

Gastos de operación 360,580.00$ 170,200.00$ 1,992,800.00$ 1,526,600.00$ 48,000.00$ 13,000.00$ 33,000.00$ 3,000.00$ 4,147,180.00$

Maquinaria y equipo 872,990.00$ 1,405,841.00$ 597,800.00$ 1,120,600.00$ 274,776.00$ 412,973.00$ 116,256.00$ -$ 4,801,236.00$

Servicios externos nacionales o extranjeros 100,000.00$ -$ 105,000.00$ 240,000.00$ -$ -$ -$ -$ 445,000.00$

Gastos relacionados a la protección de la

propiedad intelectual3,000.00$ 3,000.00$ 63,000.00$ 3,000.00$ 3,000.00$ 3,000.00$ 3,000.00$ 12,000.00$ 93,000.00$

Informe de gastos auditado -$ 30,000.00$ -$ 30,000.00$ -$ 30,000.00$ -$ 30,000.00$ 120,000.00$

TOTAL DE ETAPA 1,815,850.00$ 2,050,581.00$ 3,236,740.00$ 3,499,340.00$ 683,316.00$ 851,513.00$ 567,536.00$ 1,178,041.00$ 13,882,917.00$

RUBRO 1 2 3 4 5 6 7 8 TOTAL CONCURRENTE PY

Recursos humanos y apoyos -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$

Pasajes y viáticos -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$

Gastos de operación -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$

Maquinaria y equipo -$ 72,000.00$ 398,000.00$ -$ -$ -$ -$ -$ 470,000.00$

Servicios externos nacionales o extranjeros -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$

Gastos relacionados a la protección de la

propiedad intelectual-$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$

Informe de gastos auditado -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$ -$

TOTAL DE ETAPA -$ 72,000.00$ 398,000.00$ -$ -$ -$ -$ -$ 470,000.00$

CONCENTRADO FINANCIERO DE LOS RECURSOS DEL FONDO PARA EL DESARROLLO DE LAS PROYECTOS

CONCENTRADO FINANCIERO DE LOS RECURSOS CONCURRENTES PARA EL DESARROLLO DE LAS PROYECTOS

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El proyecto “Sistema de cogeneración solar Dish-Stirling” se ha estructurado como un proyecto innovación e investigación aplicada, dando como resultado un desarrollo tecnológico transferible a nivel comercial, respaldado por un estudio del mercado meta a nivel nacional.

Otros impactos intangibles derivados por el desarrollo de tecnología Stirling de aplicación solar son los siguientes:

• Expansión y fortalecimiento las capacidades nacionales de investigación aplicada y tecnológica

• Promoción de la colaboración interdisciplinaria para el desarrollo de nuevas tecnologías

• Formación de recursos humanos de alto valor agregado

• Vinculación academia-industria

• Innovación de productos y servicios con alto potencial comercial

• Estímulo al desarrollo de empresas de base tecnológica

El CEMIE-Sol permitirá acelerar el desarrollo de prototipos, teniendo como principal ventaja un desarrollo sólido en la parte tecnológica que facilite la adopción comercial, ya sea mediante un licenciamiento y/o transferencia tecnológica a una empresa del ramo. En particular, dicha transferencia se realizará en primera instancia con la empresa mexicana Energon Industries, la cual proporciona su conocimiento del mercado residencial en uso de tecnologías renovables y experiencia particular en motogeneradores Stirling.

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