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TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
“Estudio del incremento de temperaturas en una central termosolar”
4º E.S.O. I.E.S. Meléndez Valdés
Índice:
Resumen del trabajo.
Antecedentes e investigaciones previas.
Objetivo de la investigación.
Metodología empleada.
- Fase A.
- Fase B.
- Fase C.
- Fase D.
- Fase E.
- Fase F.
- Fase G.
Resultados obtenidos.
Expresión matemática.
Conclusiones.
Bibliografía.
Información gráfica importante.
Autor
Coordinador del trabajo
Cartel Resumen.
Resumen del trabajo:
Este trabajo ha consistido en la construcción de una central termosolar en
miniatura para posteriormente comprobar cual es su funcionamiento mediante una toma
de datos. Esta toma de datos y su procesamiento nos ha permitido detectar posibles
acciones de mejora en el funcionamiento de la central y a su vez enunciar leyes que
permitan mejorar los rendimientos y flujos térmicos para maximizar el rendimiento y
minimizar las posibles pérdidas en el sistema. Tanto en el diseño como en la
construcción de la central se ha intentado ser los mas eficiente posible aislando y
evitando pérdidas en la torre y en los sensores de temperaturas. También se ha tomado
como medida eficaz reflectar en lo posible los rayos solares en la torre para concentrar y
aprovechar mejor los reflejos sobre el punto caliente.
Antecedentes e investigaciones previas:
Hemos estudiado previamente en clase las fuentes renovables realizando
estudios y trabajos sobre energía solar, térmica, hidráulica, eólica, biomasa...En el
primer trimestre elaboramos robots que buscaban el sol o que no chocaban contra las
paredes, lo cual nos ha suministrado los conocimientos oportunos en electricidad,
mecánica, hidráulica, mecanismos, electricidad etc... En este trimestre se optó que
hiciéramos nuestros propios grupos y eligiéramos cualquier proyecto según nuestros
intereses, los cuales decidimos y nos repartimos.
Objetivo de la investigación:
El objetivo general de la investigación es dotarnos de las herramientas necesarias
para la formulación de principios generales en el montaje, construcción y mejoras en
una central termosolar en función de un método de investigación, observación, toma de
datos y decisión de la solución más factible con el objeto de maximizar el rendimiento
termodinámico de dicha central.
Un objetivo secundario es aprender como es la metodología para investigar
sobre una central termosolar tomando decisiones que nos permitan aprender a medida
que investigamos sobre ésta.
Y por último el objetivo más concreto es hacer más eficiente una mini planta
termosolar incluyendo medidas que favorezcan la producción de agua – vapor –
electricidad como medidas de mejoras que luchen contra el cambio climático, reducción
de emisiones de gases de efecto invernadero y producción sostenible de energía, así
como buscar soluciones de autoabastecimiento energético.
Metodología empleada:
El método para llevar a cabo la investigación a grandes rasgos y según el orden
cronológico es el siguiente:
El método de trabajo ha sido realizado en diferentes fases y estas a su vez en
distintas subpartes:
Fase A: Planteamiento de los procedimientos de investigación y aplicabilidad en
nuestro temario normal de clase. El profesor nos planteo la construcción de diferentes
centrales (cada uno elegimos la que preferimos) y la creación de un estudio de su
energía.
Fase B: Búsqueda por parte del profesorado de temas en los que podríamos
aplicar los principios generales de la investigación. De todos los desarrollados se
considera que un tema muy actualizado es la problemática energética y medioambiental,
aunque también se tratan algunos de física, química, arqueología...
Fase C: Incorporación al grupo de la clase de los conceptos necesarios para
abordar nuestro objeto de estudio. Estudiamos en clase las energías y todos sus tipos, y
con ellas las consecuencias medioambientales de cada una. Estudiamos conceptos
básicos (energía, potencia,…) para poder comprender los diferentes tipos de energía y
sus características.
C.1.- Estudio en clase del concepto de energía y tipos de energías
renovables y fósiles. Problemática medioambiental. Estudiamos las
centrales y la energía que proporcionaban y el efecto invernadero y el
calentamiento global. También la contaminación correspondiente de cada
una de ellas.
C.2.- Visión de la película “una verdad incómoda” de Goore y puesta en
debate.
C.3.- Planteamiento de la situación energética en España y Extremadura,
para ello se busca documentación en internet de la Comisión Nacional de
la Energía, Ministerio de Medioambiente, Junta de Extremadura,
Confederaciones Hidrográficas...
Fase D: Diseño del tema y prototipo a estudiar.
d.1 Propuesta del profesor de los temas a investigar. Nosotros decidimos
investigar las centrales termo solares y las temperaturas que alcanzaban.
d.2 Búsqueda de información de los prototipos ya hechos y que están en
el mercado: estudio de la competencia.
d.3.-Diseño y realización de prototipos en miniatura de diferentes y
diversas centrales renovables: fotovoltaicas, térmicas, colectores,
desalinizadoras, hidráulicas, eólicas.... Pensamos en la disposición de los
diferentes paneles solares y de la torre solar, siempre teniendo en cuenta
su máximo rendimiento.
d.4.- Comprobación y puesta en funcionamiento de ellas. Reparación y
rediseño. Al realizar las mediciones, comprobamos que algunos paneles
solares no se sostenían y solucionamos el problema fijándolos en el punto
más conveniente.
Fase E: Diseño del proceso de investigación.
e.1.-Preparación de la documentación necesaria el análisis de la toma de
datos. Preparamos las hojas de datos y decidimos los intervalos de
tiempo.
e.2.-Preparación del equipo objeto de estudio. Puesta a punto. Probamos
si el funcionamiento de los paneles y el termo sensor era el correcto, y
decidimos las posiciones de los paneles.
e.3.- Toma de datos de campo. Tomamos los datos en una zona soleada
del recinto escolar y procedimos a tomar los datos.
Fase F: Tratamiento de los datos obtenidos:
f.1.- Vertido de los datos y realización de gráficas y ecuaciones
matemáticas que describan el funcionamiento del prototipo. Realizamos
gráficas y vimos si los datos eran coherentes.
f.2.- Búsqueda de incongruencias en las mediciones. Problemática
asociadas. Las mediciones en los días nublados variaban a la de los días
soleados.
f.3.- Decisión de las mejoras posibles para mejorar el funcionamiento del
prototipo y la toma de datos. Después de la primera medición decidimos
que los intervalos de tiempo no eran los más adecuados y procedimos a
modificarlos. También decidimos ampliar el tiempo de la toma de datos
para que fuese más completa.
f.4.- Toma de datos con las mejoras introducidas. Las tomas se
produjeron sin errores y correctamente.
f.5.- Análisis de los datos obtenidos y dibujo de las gráficas que sintetice
la investigación
Fase G: Obtención de conclusiones.
g.1.- Conclusiones del estudio.
g.2.- Enunciado de propuestas generales.
Resultados obtenidos:
La parte superior de la torre solar ésta dirigida hacia los espejos, de forma que
los paneles solares están dispuestos en frente del Sol y reflejan la radiación solar en el
termo sensor instalado.
Hemos obtenido datos de 4 días (gráfica), todos los días han sucedido en un
tiempo atmosférico soleado excepto, en el día 29 en que el tiempo era nublado.
Las temperaturas que aparecen en la tabla sólo corresponden a la temperatura
alcanzada en 240 segundos (4 minutos), pero los datos son más amplios ya que hemos
llegado a medir el incremento de la temperatura hasta los 530 segundos (8,83 minutos).
La máxima temperatura alcanzada ha sido 50,5ºC, siendo la temperatura inicial
10,5ºC.
0ºC
4ºC
8ºC
12ºC
16ºC
20ºC
24ºC
28ºC
32ºC
36ºC
40ºC
44ºC
48ºC
0 seg
un
dos
30
segu
ndo
s
60
segu
ndo
s
90
segu
ndo
s
12
0 seg
und
os
15
0 seg
und
os
18
0 seg
und
os
21
0 seg
und
os
24
0 seg
und
os
Día 27-02-08 Día 28-02-08
Día 29-02-08 Día 06-03-08
A continuación se encuentran todos los datos obtenidos (cada gráfica tiene una
explicación inicial para la comprensión de cada una)
Día 27 de Febrero del 2008
Esta fue la primara gráfica que obtuvimos, y medimos el incremento de la
temperatura en intervalos de 30 segundos.
El día era soleado y hacía algo de viento. Empezamos las mediciones con una
temperatura ambiental de 13,7ºC y alcanzamos una temperatura máxima de 18,4ºC en 4
minutos. Las mediciones se produjeron entre las 9:00 y las 10:00 am.
0
5
10
15
20
0
segundos
90
segundos
180
segundos
Incremeto Temp.
Día 28 de Febrero del 2008
Esta fue la segunda gráfica que obtuvimos, y medimos el incremento de la
temperatura en intervalos de 10 segundos.
El día era soleado y no hacía viento. Empezamos la mediciones con una
temperatura ambiental de 17,9ºCy alcanzamos un temperatura máxima de 41,6ºC en 4
minutos, la temperatura seguía aumentando pero aun así no continuamos las
mediciones. Las mediciones se produjeron entre las 10:15 y las 11:20 am.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0
segundos
70
segundos
140
segundos
210
segundos
Incremento Temp.
Día 29 de Febrero del 2008
Esta fue la tercera gráfica que obtuvimos, y medimos el incremento de la
temperatura en intervalos de 10 segundos.
El día era algo nublado y no hacía viento. Empezamos las mediciones con una
temperatura ambiental de 16,9ºC y alcanzamos una temperatura máxima de 43,5ºC en
8,5 minutos, la temperatura ya no aumentaba más. Las mediciones se produjeron entre
las 10:30 y las 11:20 am.
En la grafica se observa claramente que hay momento en que la temperatura va
más rápida y más lenta. Esto se debe a que las nubes se situaban delante del Sol e
impedían que el incremento fuese constante.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0
segundos
110
segundos
220
segundos
330
segundos
440
segundos
Incremento Temp.
Día 6 de Febrero del 2008
Esta fue la cuarta y última gráfica que realizamos. Utilizamos para medir el
incremento de temperatura intervalos de 10 segundos
El día era soleado y no había viento. Empezamos las mediciones con una
temperatura ambiental de 10,5ºC y alcanzamos una temperatura máxima de 50,5ºCen
8,83 minutos. La temperatura ya no aumentaba. Las mediciones tuvieron lugar entre las
10:30 y las 11:00am.
E
0
10
20
30
40
50
60
0
segundos
120
segundos
240
segundos
360
segundos
500
segundos
Incremento Temp.
Expresión matemática aproximada de la gráfica:
Desde (0,530) la formulación matemática es la siguiente:
siendo
Tf= temperatura final de la medición
dT= incremento de temperatura en un intervalo de tiempo medido
dt= intervalo de tiempo medio
T amb= Temperatura ambiento o inicial.
Desde (530,infinito), la función es T = 50,5º
Conclusiones:
Podemos sacar como conclusión que en días nublados su funcionamiento no es
correcto y no puede suministrar la temperatura necesaria y que cuanto más elevada es
la temperatura ambiente más alta es la final.
También podemos sacar como conclusión que los días en los que hace viento la
temperatura obtenida es menor.
Nuestras mediciones no han ocurrido durante los meses más calurosos del año,
por lo que en los más cálidos la temperatura será mucho más alta y posiblemente en los
días nublados de estos meses se alcancen las temperaturas necesarias.
Hay que concretar también que las mediciones se han realizado por la mañana,
cuando las temperaturas son menores.
Todo indica que es posible el aprovechamiento solar para la producción de agua
caliente o electricidad de una forma bastante simple técnicamente, aunque es un medio
no continuo en función del clima.
Referencias bibliográficas y páginas web consultadas:
Enciclopedia Salvat.
La página web: www.wipedia.es
Libro de Tecnología.
La página web: www.portasolar.com
Otras páginas web.
Tf = dT/dt t + Tamb
Información gráfica que se considere importante:
En una verdadera central termo solar en la torre hay un fluido (agua), que al
recibir la energía reflejada por los paneles se calienta. Este líquido se evapora y se
introduce por unas turbinas en las que se encuentran unas turbinas, estas turbinas se
mueven al paso del agua evaporada y el movimiento de éstas se aprovecha y se
transforma en energía eléctrica. Así, de esta manera se puede convertir la energía solar
en cinética, y ésta a la vez en energía eléctrica.
Lo que hemos hecho en este trabajo es el estudio de las temperaturas que pueden
alcanzar.
Cartel Resumen:
