Dimensionamiento y simulación de un sistema solar térmico tipo Fresnel para la desalinización de agua de mar ubicado en el Departamento de la Guajira

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo dimensionar y simular una planta solar térmica para desalinizar agua de mar. El sistema que se desarrolló está basado en tres tecnologías, destilación con múltiples etapas (MSF), ciclo Rankine con cogeneración y un sistema solar térmico tipo Fresnel. Los modelos matemáticos del sistema solar térmico, del ciclo Rankine con cogeneración y del proceso de desalinización fueron modelados matemáticamente, para cumplir con el parámetro de diseño más importante el cual es que la planta desalinice 1285,2 [m3/día], este valor fue determinado por la población objetivo que es la mitad de la población indígena de la Guajira, Colombia. La MSF fue el sistema de partida para el dimensionamiento del campo solar y del sistema en general. Los modelos matemáticos del sistema acoplados resuelven las ecuaciones óptico geométricas, balance de masa y energía, con el fin de caracterizar y analizar el comportamiento con parámetros de diseño establecidos. La simulación de la planta se realizó en el software MATLAB para determinar las variables críticas del sistema, los modelos fueron validados con artículos científicos encontrados en la revisión bibliográfica. Se examinó el modelo acoplado mediante un estudio paramétrico en donde se variaron varios aspectos tales como temperatura, salinidad y hora del día. Finalmente, los resultados obtenidos bajo los parámetros de diseño fueron un área de campo solar de 56496,5 m2 equivalente a 5,23 campo de futbol FIFA, eficiencia óptica y térmica de 65, 3 y 37,1 % respectivamente, la potencia de la bomba en el sistema Fresnel es de 36,6 kW, en la MSF se obtuvo un rendimiento de planta de 13,087%, un flujo másico de agua de mar de 147,6318 kg/s, el trabajo de la bomba en la MSF es de 68,27 kW y en cuanto al ciclo Rankine la potencia de las bombas es 4,575 kW, la potencia neta del sistema es de 1833,4 kW y una eficiencia eléctrica y térmica del 13,6 y 78,1% respectivamente, en cuanto al costo de agua destilada se obtuvo un valor de 2,1339 $/m