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Premio Extraordinario de Doctorado para un investigador de la PSA-CIEMAT, Antonio Luis Ávila Marín

 

30/06/2017

Energías renovables y ahorro energético

La tesis doctoral titulada “Análisis Termo-fluido-dinámico de absorbedores volumétricos de porosidad gradual con mallas metálicas: Estudio experimental a escala de laboratorio y desarrollo de un modelo de no equilibrio térmico local”, realizada en la Unidad de Sistemas Solares de Concentración del CIEMAT-PSA, recibió el pasado 12 de junio uno de los Premios Extraordinarios de Doctorado del Curso 2015/2016 de la Comisión de Investigación y Doctorado de la UNED (Universidad Nacional de Educación a Distancia).  La tesis, escrita por Antonio Luis Ávila Marín, investigador de esta Unidad, fue defendida en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Madrid el día 3 de junio de 2016 y, tras su defensa en inglés obtuvo la calificación máxima de sobresaliente cum laude con Mención Internacional.

 
 

El trabajo se engloba en una de las líneas principales de investigación del grupo de alta concentración solar de la Plataforma Solar de Almería en el campo de los sistemas de receptor central con aire atmosférico como fluido de trabajo. Una de las líneas de investigación actuales de dicho grupo se centra en buscar mayores temperaturas de trabajo, mayores eficiencias de planta y menores costes para el kWh. En este sentido, los sistemas de receptor central tienen un gran potencial debido a su capacidad para cumplir con estos requisitos. Concretamente, el uso del aire atmosférico es una línea de investigación prometedora por sus ventajas como fluido de trabajo y la simplicidad de su diseño.

  

El objetivo de la tesis, vista la exhaustiva revisión del estado del arte de los receptores volumétricos realizada, fue mejorar el concepto de receptor volumétrico abordando nuevos diseños geométricos basados en el novedoso concepto de la porosidad gradual. Como material para la construcción de los absorbedores volumétricos se seleccionaron mallas metálicas comerciales por las ventajas que ofrecen frente a otros materiales: bajo peso, menor coste, facilidad de construcción, menores pérdidas térmicas debido a las menores temperaturas de trabajo, etc.

  

Para dicha mejora, en primer lugar fue necesario diseñar y construir una instalación experimental a escala de laboratorio (la que aparece en la figura 1), que reprodujera las condiciones reales del sub–sistema receptor de una central de torre, y a continuación realizar un plan de ensayos que permitiera adquirir información de la eficiencia de 26 distintos absorbedores volumétricos de porosidad gradual.

  

En paralelo, y siguiendo con la línea innovadora que presenta este trabajo, se decidió complementar los resultados experimentales con un modelo global que analizara los procesos de transferencia de calor en estado de no equilibrio térmico. Dichos procesos constan fundamentalmente de tres partes bien diferenciadas: la transferencia de calor convectiva, la radiativa y la caída de presión. El trabajo teórico comenzó seleccionando un software que permitiera reproducir las geometrías utilizadas en la parte experimental y simular las condiciones de trabajo para obtener el coeficiente convectivo de transferencia de calor (figura 2). Una vez obtenidos los coeficientes de transferencia de calor de manera detallada, se implementó el modelo global con las ecuaciones correspondientes a la transferencia radiativa y de caída de presión en un modelo homogéneo equivalente (figura 3).

  

Finalmente, se realizó una comparativa de resultados experimentales y teóricos con objeto de darle el correspondiente grado de validez al modelo obtenido.

  

Como conclusiones del trabajo se pueden destacar las siguientes: A nivel experimental, se han obtenido resultados similares o ligeramente mejores a los absorbedores volumétricos de referencia presentes en la bibliografía (TSA y SOLAIR) y se han obtenido tendencias de comportamiento que sirven de guía para investigaciones futuras sobre el concepto de porosidad gradual.  Desde el punto de vista de la simulación, se han aportado correlaciones, hasta el momento inexistentes, del coeficiente convectivo de mallas metálicas con una corriente de aire forzado y se ha desarrollado un modelo de simulación de absorbedores volumétricos en condiciones de no equilibrio térmico local incorporando la ecuación de transferencia radiativa y la variación de las propiedades ópticas y geométricas en función del espesor, que ningún modelo había incorporado simultáneamente hasta el momento, y que además fue validado con numerosos datos experimentales.

  

Actualmente, la Unidad de Sistemas de Concentración Solar sigue trabajando en diversos proyecto europeos (Capture y Nextower) y nacionales (Detecsol y Alccones) relacionados con la mejora de la tecnología de aire atmosférico y concretamente con el diseño de absorbedores volumétricos más eficientes.

  

Respecto a la distinción concedida: la Comisión de Investigación y Doctorado de la UNED concede esta mención honorífica de Premio Extraordinario de Doctorado a los doctores que, habiendo defendido su tesis doctoral en esta Universidad, obtuvieron la máxima calificación así como un informe favorable sobre opción a premio extraordinario, expedido por unanimidad por todos los miembros del Tribunal evaluador de la Tesis, y de acuerdo a unos criterios de evaluación y selección. Estos criterios incluyen la repercusión científica de los trabajos de investigación relacionados con la tesis, estancias en otras instituciones internacionales, Mención de Doctorado Internacional y currículo investigador.


  

Imágenes:

  

Figura 1. Instalación de ensayo de receptores volumétricos con un simulador solar de 4 Kw.

  

Figura 2. Estudio de la velocidad y la temperatura en una geometría detallada.

  

Figura 3. Temperatura de la matriz sólida y de la fase fluida para un absorbedor formado por malla metálicas. Temperatura del fluido en el eje EO y del sólido en el eje NS.

 
Premio Extraordinario de Doctorado para un investigador de la PSA-CIEMAT, Antonio Luis Ávila Marín Premio Extraordinario de Doctorado para un investigador de la PSA-CIEMAT, Antonio Luis Ávila Marín Premio Extraordinario de Doctorado para un investigador de la PSA-CIEMAT, Antonio Luis Ávila Marín Premio Extraordinario de Doctorado para un investigador de la PSA-CIEMAT, Antonio Luis Ávila Marín