Modelagem Analítica de Uma Planta Termosolar Com Geração Direta de Vapor Em Coletores Cilindro Parabólicos

Abstract

As atuais plantas solares de concentração com coletores cilindro parabólicos usam um fluido térmico para transferir a energia entregue pelo campo solar para uma turbina de ciclo Rankine através de trocadores de calor. O fluido térmico usado é um óleo sintético e possui um limite de temperatura, geralmente cerca de 400°C, que limita a eficiência máxima do ciclo termodinâmico. A geração direta de vapor (DSG) nos tubos absorvedores dos coletores parabólicos é uma alternativa promissora em substituição ao óleo térmico, uma vez que permite que temperaturas mais elevadas e, consequentemente, eficiências do ciclo mais elevadas possam ser atingidas, reduzindo o custo do sistema. Este trabalho apresenta uma modelagem analítica do processo DSG em coletores parabólicos. Uma coluna de coletores solares foi dividida em três seções (pré-aquecimento, evaporação e superaquecimento) e para, cada seção, um sistema de equações diferenciais foi obtido. O bloco de potência utilizado foi do tipo regenerativo com uma extração de vapor. O modelo foi implementado usando uma ferramenta matemática e simulações foram realizadas utilizando uma configuração e parâmetros semelhantes aos usados em trabalhos publicados na literatura técnica. Os resultados mostraram boa concordância com essas publicações anteriores e permitem a obtenção de vários parâmetros importantes do processo de DSG ao longo da coluna de coletores, tais como: temperatura das paredes externa e interna do absorvedor, vazão e temperatura do fluido, título de vapor e geração de energia térmica e elétrica. Uma relação linear entre a energia térmica gerada e irradiância coletada foi obtida. Utilizando o método utilizabilidade, este resultado permite fazer previsões de longo prazo sobre o desempenho do sistema.