Este documento describe el diseño, construcción y uso de un concentrador solar Fresnel lineal para desalinizar agua de mar. El sistema usa espejos planos baratos para concentrar la luz solar en un evaporador largo y estrecho. El diseño toma en cuenta factores como la posición del sol, ángulos de incidencia, y efectos de dispersión para maximizar la eficiencia. Los primeros resultados muestran que el sistema puede producir 3.15 litros de agua destilada a partir de 3.3 kWh/m2 de energía solar en 5 horas.

1. XIX SPES
XIX Simposio Peruano de Energía Solar
del 14 al 17 de Noviembre 2012
Asociación Peruana de Energía Solar y
del Ambiente UNA Puno – Perú
DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y
UTILIZACIÓN DE UN CONCENTRADOR
SOLAR TIPO FRESNEL LINEAL PARA
DESALINIZACIÓN
Erich Saettone

2. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y UTILIZACIÓN DE UN CONCENTRADOR SOLAR TIPO FRESNEL LINEAL PARA DESALINIZACIÓN
Objetivo
Diseño y construcción de un desalinizador de agua marina
utilizando concentrador solar tipo Fresnel lineal.
Sus características son:
(i) Operación sencilla (solo requiere orientarlo una vez al día)
(ii) No requiere de electricidad (no sigue al Sol)
(iii) Materiales baratos y de reciclaje
(iv) Mantenimiento mínimo (prácticamente solo limpieza)
Principio de funcionamiento
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3. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y UTILIZACIÓN DE UN CONCENTRADOR SOLAR TIPO FRESNEL LINEAL PARA DESALINIZACIÓN
Diseño del equipo
Posición del Sol Geometría
21 de Diciembre
20 de Junio
α: ángulo de incidencia solar, se mantiene constante a lo largo del día.
β: ángulo que depende de la altura y distancia del evaporador respecto al espejo.
γ: ángulo de inclinación del espejo respecto a la horizontal.
α: ángulo de incidencia solar. β+2γ: ángulo de elevación solar.
: ángulo de la inclinación de la Tierra respecto a su órbita. θ: ángulo de reflexión.
: latitud de la localidad.
90    
 
    2
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4. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y UTILIZACIÓN DE UN CONCENTRADOR SOLAR TIPO FRESNEL LINEAL PARA DESALINIZACIÓN
Diseño del equipo
Efecto de dispersión Efecto de traslape
       LSen 1   Sen 2  
Sen45   
 2    arctg  
 LCos 1   Cos 2   2d 
x´ L 
Sen(  )
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5. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y UTILIZACIÓN DE UN CONCENTRADOR SOLAR TIPO FRESNEL LINEAL PARA DESALINIZACIÓN
Diseño del equipo
Rendimiento óptico
Se puede definir como “rendimiento óptico” a la pérdida de energía debido al efecto
de la dispersión que produce cada espejo del CFL, expresado en %, el cual puede
calcularse por:
h´
 (100%)   100 Sen( )
x´
Rendimiento vs x (y = 100 cm) Rendimiento vs x (y = 250 cm) Rendimiento vs x (y = 400 cm)
100.0 100.0 100.0
90.0 90.0 90.0
80.0 80.0 80.0
70.0 70.0 70.0
60.0 60.0 60.0
η (%)
η (%)
η (%)
50.0 50.0 50.0
40.0 40.0 40.0
30.0 30.0 30.0
20.0 20.0 20.0
10.0 10.0 10.0
0.0 0.0 0.0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
x (cm) x (cm) x (cm)
Por lo tanto, cuanto más alto esté el recipiente de evaporación respecto a los espejos, y éstos se encuentren
lo más cerca a la línea imaginaria debajo del recipiente, mejor será el rendimiento del equipo.
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6. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y UTILIZACIÓN DE UN CONCENTRADOR SOLAR TIPO FRESNEL LINEAL PARA DESALINIZACIÓN
Diseño del equipo
Dimensiones
Teniendo en cuenta el ancho del evaporador (8 cm), la posición del Sol a lo largo del año, la
geometría, minimizando el efecto de dispersión y evitando el de traslape, las dimensiones del
equipo son las que se muestran a continuación:
y Formado por
32 espejos
planos, de 7
cm de ancho y
2,5 m 2,5 m de largo,
separados 8cm
entre si,
cubriéndose
2,5 m un total de 5,6
m2.
2,6 m
x
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7. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y UTILIZACIÓN DE UN CONCENTRADOR SOLAR TIPO FRESNEL LINEAL PARA DESALINIZACIÓN
Construcción del equipo
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8. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y UTILIZACIÓN DE UN CONCENTRADOR SOLAR TIPO FRESNEL LINEAL PARA DESALINIZACIÓN
Orientación del equipo
Procedimiento
La línea punteada indica la dirección Este – Oeste en que debe
orientarse el CFL. Este procedimiento solo es necesario realizarlo una
vez al día
E
4:00 pm
8:00 am
O
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9. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y UTILIZACIÓN DE UN CONCENTRADOR SOLAR TIPO FRESNEL LINEAL PARA DESALINIZACIÓN
Resultados experimentales
Primeros resultados
Hasta la fecha no ha sido posible realizar medidas experimentales bajo condiciones
climáticas óptimas. Los resultados que se muestran corresponden al 01 de Setiembre de
2012 en la localidad de Cocayalta (Provincia de Canta, región Lima).
10 Nov. 2012
3,3 kWh/m2
sombra
10 Nov. 2012
3,15 litros
5 horas
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10. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y UTILIZACIÓN DE UN CONCENTRADOR SOLAR TIPO FRESNEL LINEAL PARA DESALINIZACIÓN
Conclusiones
• Con este equipo se demuestra que también se puede desalinizar agua marina con
un concentrador Fresnel lineal, sin dependencia de la red eléctrica y de mínimo
mantenimiento.
• El equipo debe ser diseñado teniendo en cuenta la posición solar a lo largo del año
para la latitud de la localidad, la posición de los espejos respecto al evaporador, la
altura y dimensiones del mismo, la dispersión de la radiación reflejada (efecto del
área efectiva) y la superposición de rayos reflejados por espejos contiguos (efecto de
traslape).
• El CFL construido cubre 5,6 m2 de área y utiliza un recipiente de evaporación con
protección térmica, de 1 m de longitud. Solo debe ser alineado, manualmente, una
vez al día en la dirección Este – Oeste, tanto el recipiente de evaporación como cada
uno de los 32 espejos, sin necesidad de un sistema electromecánico de seguimiento
solar.
• La producción alcanzada para 3,3 kWh/m2 de energía solar, es de 3,15 litros de agua
destilada, a pesar de haber sido un día no tan soleado y solo 5 horas de operación.
Aún no ha sido posible operar el equipo bajo condiciones climáticas óptimas.
¡MUCHAS GRACIAS! erich_saettone@yahoo.com
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