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PFC Juan Pablo Cardenas Pellecer

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PFC Juan Pablo Cardenas Pellecer
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    Departamento   de   Ingeniería   Eléctrica   PROYECTO   FIN   DE   CARRERA   INSTALACIÓN   ELÉCTRICA   EN   BAJA   TENSIÓN   PARA   ENERGIZAR   MOTORES   DE   GIRO   EN   LOS   COLECTORES   CILINDRO ‐ PARABÓLICOS   DE   UNA   PLANTA   TERMOSOLAR   DE   50   MWE.   Autor:   Juan   Pablo   Cárdenas   Pellecer   Tutor:   Edgardo   Castronuovo   Director:   Carlos   Cachadiña   Leganés,   Marzo   de   2011.      2   Autor :   Juan   Pablo   Cárdenas   Pellecer   Tutor:   Edgardo   Castronuovo   Director :   Carlos   Cachadiña   EL   TRIBUNAL   Vocal:   Pablo   Acuña   Secretario:   Manuel   García   Plaza   Presidente:   Mónica   Alonso   Realizado   el   acto   de   defensa   y   lectura   del   Proyecto   Fin   de   Carrera   el   día   25   de   marzo   de   2011   en   Leganés,   en   la   Escuela   Politécnica   Superior   de   la   Universidad   Carlos   III   de   Madrid.      3   Agradecimientos   A   mi   familia   en   Guatemala   y   Colombia.   A   la   familia   Obenhaus   Schulte,   especialmente   a   Wiebke.   A   mis   compañeros   de   trabajo   en   Siemens   y   Milenio   Solar   Desarrollo   de   Proyectos.   Al   Sr.   Carlos   Cachadiña   y   al   Dr.   Edgardo   Castronuovo   por   su   excelente   colaboración   y   coordinación   para   la   terminación   del   presente   trabajo.   Sin   duda   sin   su   colaboración   no   hubiera   sido   posible   nada   de   esto.      4   Resumen   Las   centrales   con   colectores   cilindro ‐ parabólicos   son   una   de   las   tecnologías   más   utilizada   comercialmente   para   el   aprovechamiento   de   la   energía   solar   en   centrales   de   gran   potencia.   Al   igual   que   en   centrales   térmicas   con   combustibles   convencionales   y   algunas   nucleares,   la   potencia   se   genera   en   las   centrales   solares   térmicas   con   una   turbina   a   vapor   y   un   generador   acoplado.   No   obstante,   el   vapor   requerido   no   se   obtiene   mediante   combustión   de   fuentes   de   energía   fósiles,   sino   con   ayuda   de   la   energía   solar.   El   campo   solar   de   una   central   con   colectores   cilindro ‐ parabólicos   se   compone   de   decenas   de   hileras   de   colectores   cilindro ‐ parabólicos   con   una   altura   de   aproximadamente   seis   metros   y   una   longitud   de   varios   cientos   de   metros.   A   pesar   de   sus   enormes   dimensiones,   se   trata   de   equipos   ópticos   de   alta   precisión   alineados   con   una   precisión   de   menos   de   un   milímetro.   Las   hileras   discurren   en   dirección   norte ‐ sur   y   siguen   al   sol   a   lo   largo   del   día   de   este   a   oeste.   Con   la   luz   solar   concentrada   se   calientan   unos   tubos   de   absorción   con   fluido   transmisor   de   calor   (en   inglés   Heat   Transfer   Fluid,   HTF)   hasta   una   temperatura   de   aproximadamente   400ºC,   para   luego   generar   por   medio   de   un   intercambiador   de   calor,   el   vapor   requerido   para   turbinar.   Los   espejos   tienen   un   movimiento   axial,   el   cual   sigue   la   posición   cenital   del   sol   a   lo   largo   de   las   “horas   de   luz”   del   día   y   de   ésta   manera   se   aprovecha   al   máximo   la   energía   recibida.   Más   del   98%   de   la   radiación   solar   incidente   en   el   espejo   se   refleja   al   tubo   de   absorción   montado   en   la   línea   focal   del   colector.   En   la   siguiente   imagen   se   ejemplifica   la   rotación   de   seguimiento   de   los   espejos   para   distintas   horas   del   día.   Éste   proyecto   incluye   el   diseño,   cálculos   y   descripción   de   la   instalación   eléctrica   de   baja   tensión   y   su   resultado   final   son:   el   listado   de   elementos   de   protección   de   líneas   y   las   hojas   de   cableado   para   la   alimentación   eléctrica   de   los   motores   de   accionamiento   hidráulico   ‘ Drive   System   Motors ’   montados   sobre   los   pilotes   de   giro   ’Drive   Pylons’    de   las   64   filas   paralelas   de   colectores   solares   cilindro ‐ parabólicos   de   una   planta   termosolar   eléctrica   de   50   MWe,   encargados   de   hacer   el   seguimiento   de   los   espejos   en   base   al   ángulo   cenital   del   sol.      5   Abstract   Parabolic   trough   power   plants   are   the   only   technology   for   utilizing   solar   energy   in   large   power   plants   that   has   been   commercially   proved   over   a   number   of    years.   In   a   parabolic   trough   power   plant,   trough ‐ shaped   mirrors   focus   the   incident   solar   radiation   onto   a   pipe   along   the   focal   line   of    the   collector.   The   solar   field   of    a   parabolic   trough   power   plant   is   comprised   of    many   rows   of    parabolic   troughs   around   six   meters   high   and   several   hundred   meters   long.   Despite   their   enormous   size,   these   high ‐ precision   optical   devices   are   aligned   with   millimeter   precision.   The   absorber   tubes   contain   a   heat   transfer   fluid   HFT   which   is   heated   to   around   400   °C   by   the   concentrated   sunlight.   This   heated   HTF   in   the   tubes   generates   water   steam   at   the   power   block   via   heat   exchangers.   As   with   conventional   power   plants,   the   steam   is   utilized   in   a   turbine   to   generate   power.   The   rows   run   in   a   north ‐ south   direction   and   track   the   sun   from   east   to   west   during   the   course   of    the   day.   Over   98%   of    the   solar   radiation   that   arrives   at   the   mirrors   is   reflected   onto   the   absorber   tube   along   the   focal   line   of    the   collectors.   The   following   image   describes   the   rotation   of    the   mirrors   for   different   hours   on   a   day.   The   present   Project   includes   the   design,   calculations   and   general   description   of    the   low   voltage   electrical   installation   and   provides:   the   list   of    protection   elements   and   the   cabling   sheets   to   energize   the   motors   of    the   hydraulic   mechanism   ‘Drive   System   Motors’    mounted   on   the   ’Drive   Pylons’    of    the   64   parallel   rows   of    cylindric ‐ parabolic   solar   collectors   on   a   thermosolar   electrical   power   plant   of    50   MWe.  
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