Estudio termodinámico de un sistema compuesto por un concentrador solar acoplado a una microturbina de gas. Aplicabilidad y funcionalidad.

Abstract

En este proyecto se trata el estudio termodinámico de un sistema de captación solar asociado a una microturbina de gas y su posible acoplamiento a un sistema de ósmosis inversa para depurar agua. Para el desarrollo del proyecto se ha realizado un modelo matemático con la herramienta Excel, la cual ha ido optimizando los procesos en función de la demanda requerida. Se han desarrollados diversos diseños tanto del disco, como de la radiación solar incidente, como variaciones del ciclo Brayton. Para una radiación de 780W/m^2, un diámetro de disco de 7m, una temperatura de entrada a la turbina de 900ºC y una relación de compresión de 3, se han obtenido rendimientos solar-eléctrico del 19% y 5.88kW eléctricos generados. Además, se ha estudiado la posibilidad de utilizar esta potencia eléctrica para potabilizar agua a través de la ósmosis inversa, obteniendo un precio de 3 a 3.5€ por metro cúbico, lo que la hace competitiva para zonas aisladas con recurso hídrico cercano.

This project is a thermodynamic study of a solar concentrator dish integrated with a gas microturbine. It considers the possibility to link this system to a reverse osmosis process. Excel has been used as a tool for the development of the Project. Precisely, the solver tool that provides all the optimization of the mass flow rate. Several designs have been proved by changing the geometry of the dish, the incident solar radiation and the layout of the Brayton Cycle. After a deep study, for a solar irradiation of 780W/m^2, a dish diameter of 7m, an inlet turbine temperature of 900ºC and a compression rate of 3, the following results are obtained: an efficiency of 19% (solar-electric) and 5.88kW electric power. Furthermore, the possibility of using that electric power for a reverse osmosis process has been tested. In that case, the conclusions were that this kind of technology is competitive due to the fact that it has a range of price between 3 to 3.5 € per cubic meter. Therefore, it is an ideal solution for isolated areas with water resource nearby.