Browsing by Author "Zaversky, Fritz"

Now showing 1 - 5 of 5
  • Thumbnail Image
    PublicationOpen Access
    Análisis y optimización de ciclos de potencia para plantas CSP
    (2018) Celigueta Erviti, Ibai; Astrain Ulibarrena, David; Zaversky, Fritz; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa
    Los ciclos de potencia como el Rankine, el Brayton o el ciclo combinado se llevan estudiando desde hace casi dos siglos, pero el rápido desarrollo tecnológico que ha sufrido recientemente el sector de la energía solar térmica por concentración (CSP) hace que sea necesario analizar estos ciclos en busca del punto óptimo de operación en cada uno de ellos para las condiciones que requiere esa concentración solar. Por ello, en este trabajo se pretende comprender, analizar y optimizar estos ciclos para variaciones de distintos parámetros, como pueden ser: temperatura del fluido caloportador (HTF) a la salida del campo solar, presión del condensador, tipo de condensador, temperatura del ambiente, etc. Para ello, se empleará un software comercial para simulación de ciclos termodinámicos: IPSEpr.
  • Thumbnail Image
    PublicationOpen Access
    Desarrollo de receptores solares volumétricos activos de elevadas prestaciones para centrales termoeléctricas deconcentración en torre
    (2023) Rández Diago, Xabier; Astrain Ulibarrena, David; Zaversky, Fritz; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
    Como se ha comentado previamente, en el Capítulo 4 se ha desarrollado un modelo CFD del prototipo ensayado en el banco de ensayos. El objetivo de este modelo es reproducir las condiciones de flujo y radiación otorgadas por el banco de ensayos para validar los resultados del mismo. Una vez se validó el modelo, se pudieron obtener detalles del comportamiento térmico y fluido-dinámico del receptor. Además, la validación del modelo CFD permitió durante el capítulo 6 reproducir las condiciones de radiación homogéneas presentes en una central CSP real para estimar su rendimiento térmico en condiciones nominales de trabajo y su efecto en una central CSP.Además del comportamiento térmico del receptor, es importante asegurar su integridad estructural de este ante las condiciones de trabajo a las que se podría enfrentar durante su vida útil. Para ello, a lo largo del Capítulo 5 se ha desarrollado el estudio del comportamiento termo mecánico del receptor desde el punto de vista de la mecánica de la fractura. Se ha caracterizado el carburo de silicio, material del receptor, para alimentar un modelo FEM con el que se ha estudiado la expansión de las micro-grietas debido a las tensiones inducidas por los gradientes de tensiones producidos por la temperatura. Este estudio ha arrojado resultados prometedores en cuanto a la vida útil de los discos del receptor para todos los tamaños de disco estudiados, asegurando su durabilidad en su uso en planta y demostrando la viabilidad estructural del concepto. Una vez demostrado el concepto de manera térmica (en los capítulos 3 y 4) y mecánica (en el Capítulo 5), con el fin de comprobar si este concepto mejora en algo a la tecnología actual de receptores volumétricos de aire, durante el Capítulo 6 se ha estudiado mediante el modelo CFD validado previamente, el rendimiento térmico del receptor frente a condiciones de radiación iguales a las de planta (radiación homogénea de hasta 1000 kW/m2) y su efecto en la energía producida y en el coste de la energía en dos configuraciones de central CSP de torre. Los resultados mostrados en este capítulo muestran mejoras en el rendimiento térmico del receptor de más de 0.1, es decir, un 10%, a 750°C.Por último, en el Capítulo 7 se desarrollan las conclusiones generales de la tesis, muy positivas en términos de avance de la tecnología, debido a la innovación del concepto, y en términos de comportamiento térmico de este nuevo concepto. Además, también se han desarrollado las líneas futuras necesarias hasta el desarrollo final de un receptor basado en el concepto de discos.
  • Thumbnail Image
    PublicationOpen Access
    Modeling solar cavity receivers: a review and comparison of natural convection heat loss correlations
    (Elsevier, 2015) Samanes Pascual, Javier; García-Barberena Labiano, Javier; Zaversky, Fritz; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
    As the main difficulty of modeling cavity receivers is determining natural convection heat losses, this paper presents a survey of the different natural convection correlations developed by several authors to model natural convective heat losses from cavity receivers of solar thermal power tower plants. The different correlations studied for modeling convective heat losses are later compared by performing simulations on an implemented cavity receiver. For this work a model of a PS10-like cavity receiver, using Solar Salt as the heat transfer fluid, is implemented in Modelica. The simulations have shown how the results of four out of the five studied correlations do agree, while one of the analyzed correlations clearly overestimates convective heat losses for the simulations performed.
  • Thumbnail Image
    PublicationOpen Access
    Object-oriented modeling for the transient performance simulation of solar thermal power plants using parabolic trough collectors: a review and proposal of modeling approaches for thermal energy storage
    (2014) Zaversky, Fritz; Astrain Ulibarrena, David; Sánchez González, Marcelino; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
    La intención de este trabajo es extender las técnicas actuales de modelización del almacenamiento térmico activo directo y activo indirecto, con dos tanques y sales fundidas como medio de almacenamiento. Con el objetivo de conseguir aumentar el conocimiento sobre su comportamiento térmico y los aspectos operacionales, los modelos desarrollados deben permitir la evaluación del sistema de almacenamiento térmico en condiciones transitorias. Así, la parte principal de este trabajo (la Parte II) se centra en la modelización y evaluación del comportamiento de los intercambiadores de calor para la tecnología de almacenamiento térmico activo indirecto, que emplea sales fundidas (60% en peso de nitrato sódico, NaNO3, y 40% en peso de nitrato potásico, KNO3) como medio de almacenamiento y aceite térmico (una mezcla de difenilo, C12H10, y oxido de difenilo, C12H10O) como fluido caloportador. Asumiendo un diseño de intercambiador de calor del tipo carcasa y tubos, el comportamiento del proceso de intercambio de calor entre el medio de almacenamiento y el fluido caloportador se analiza en detalle, considerando condiciones de operación estacionarias y transitorias bajo cargas nominales y parciales. El modelo estacionario proporciona información útil sobre el coeficiente global de transmisión de calor y los rangos de variación de pérdidas de carga para dos configuraciones de intercambiadores de calor específicas. Se demuestra que la configuración de dos intercambiadores en paralelo supera a la configuración convencional de un único intercambiador en funcionamiento. Por otro lado, la evaluación del modelo transitorio suministra paráametros típicos del proceso como la ganancia, el tiempo muerto y la constante del tiempo para el modo de carga y descarga, en condiciones nominales y parciales. Además, se ha obtenido un modelo transitorio del tanque de almacenamiento a alta temperatura razonablemente simple, el cual es muy adecuado para simulaciones del comportamiento de centrales CSP en su conjunto. En el estudio se ha demostrado que las pérdidas térmicas por convección natural en la atmosfera de gas encima de la superficie libre de las sales fundidas se pueden omitir en el modelo, causando errores despreciables. También, se pueden asumir coeficientes de convección constantes entre la superficie de las paredes del tanque y las sales fundidas. Sin embargo, la transmisión de calor por radiación entre la superficie libre de las sales fundidas y las paredes interiores del tanque, que no están en contacto con las sales, deben de ser consideradas, dada su importante influencia en las pérdidas totales. Además, debido al modelado de la trasmisión de calor por las paredes del tanque en modo transitorio y al cálculo preciso de la temperatura de la superficie exterior, la influencia que las condiciones de contorno ambientales tienen sobre las pérdidas de calor, pueden ser caracterizadas de manera mucho más adecuada que mediante métodos cuasi-estacionarios, que solo tienen en cuenta la temperatura ambiente. Finalmente, la Parte III trata de la aplicación de los modelos desarrollados para los componentes del almacenamiento térmico, a un modelo exhaustivo y completo de una central de captadores cilindro-parabólicos a nivel global. De este modo se simula, no solo el comportamiento del sistema de almacenamiento térmico activo indirecto, sino también las respuestas de la central solar térmica al completo, debido a los cambios en las condiciones de contorno ambientales. Se observa que la inercia térmica del sistema de almacenamiento activo indirecto es muy considerable, influyendo de manera notable en los rápidos cambios de carga necesarios para capturar la mayor cantidad posible de la energía solar disponible, y para alimentar el bloque de potencia con una potencia térmica constante, independientemente de la actual radiación solar. Por último pero no menos importante, los modelos presentados han sido desarrollados de manera flexible, bien estructurada y con una programación orientada a objetos, particularmente dando importancia a una implementación independiente de la plataforma de simulación, hecho que ha sido llevado a cabo utilizando el lenguaje de modelación Modelica. Este es un lenguaje de modelizado de sistemas físicos multiobjetivo, que ha sido desarrollado en un esfuerzo internacional para unificar las técnicas de simulación ya existentes y para permitir el intercambio fácil de los modelos y librerías de modelos que se desarrollen. El concepto de Modelica se basa en modelos no causales que utilizan ecuaciones diferenciales ordinarias y algebraicas.
  • Thumbnail Image
    PublicationOpen Access
    Techno-economic evaluation of the performance of an innovative rotary disk receiver concept in a CSP power plant
    (AIP Publishing, 2022) Rández Diago, Xabier; Zaversky, Fritz; Astrain Ulibarrena, David; Ingeniería; Ingeniaritza; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
    This study evaluates the thermal performance of an innovative discs receiver and models its effect in a CSP plant. Energetic and economic results were compared with a foam receiver developed in the European project CAPTure. The study consists of two parts, on the one hand, it treats the simulation of a CFD model of the innovative disk receiver, from which the thermal efficiency versus air outlet temperature curve was obtained, necessary to feed the second part of the study. This thermal efficiency was compared with the performance of a foam receiver. On the other hand, systemlevel simulations of a CSP multi tower plant are performed in order to obtain the effect of this efficiency-air outlet temperature curve on the overall energetic and economic performance. The study compares the LCOE and the yearly generation of the plant with the innovative discs receiver with that of the foam receiver. Results show the potential in economic and energetic terms of the new receiver in comparison to conventional foam receivers.