Energía Solar

UNIVERSIDAD NACIONAL
AUTONOMA DE MEXICO
UNIDAD ACADEMICA DE LOS CICLOS
PROFESIONAL Y DE POSGRADO

“TRANSPORTE DE ENERGIA SOLAR CONCENTRADA
A TRAVES DE FIBRAS OPTICAS:
ACOPLAMIENTO FIBRA-CONCENTRADOR Y ESTUDIO TERMICO”

T
QUE

E
PARA

MAESTRO

OSCAR

S
OBTENER

EN

I
EL

GRADO

DE:

ENERGIA

SOLAR

JARAMILLO

SALGADO

(FOTOTERMICA)

ALFREDO

SDIRECTOR : DR. JESUS ANTONIO DEL RIO PORTILLA

TEMIXCO, MORELOS.

1998

Dedico este trabajo a mis padres Lázaro y María, ya que sin su apoyo nunca hubiera
sido posible realizar esta tesis. A mi hermano Carlos por su compresión y el gran cariño
que le tengo. Muy especialmente a Paty el amor de toda mi vida.

Agradezco profundamente al Dr. Jesús Antonio del Río Portilla por su invaluablecolaboración en el desarrollo de esta tesis, de igual forma su amistad y sobre todo por
su paciencia. También doy gracias al comité totoral por todos los comentarios que
enriquecieron este trabajo y en especial a la Dra. Guadalupe Huelsz Lesbros.
Agradezco también al grupo de Física Teórica del Centro de Investigación en Energía
UNAM, ya que durante mi estancia en la realización de este trabajose me animó y
apoyo sustancialmente. No me olvido de los integrantes del Posgrado en Energía Solar
y de cada uno de los catedráticos con quienes tuve la oportunidad de aprender mucho.

ÍNDICE

RESUMEN

I

ABSTRACT

III

INTRODUCCIÓN

1

1.

7
7
8
9

CONCEPTOS BÁSICOS
1.1 El Sol
1.2 La constante solar
1.3 Distribución espectral de la radiación solar fuera y dentro dela atmósfera
terrestre
1.4 Términos útiles y sus definiciones
1.5 Dirección de la radiación directa
1.6 Transferencia de calor
1.7 Radiación
1.8 Intensidad de radiación y flujo radiativo
1.9 Propiedades de la radiación

2.

11
13
15
16
17
20

2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7

FIBRAS ÓPTICAS
Espectro óptico
Fundamentos en fibras ópticas
Propiedades de transmisión de lafibra óptica
Ecuación de transferencia radiativa
Divergencia del flujo de calor radiativo
Flujo de calor radiativo en fibras ópticas
Conducción y radiación en un medio participante

25
26
27
30
33
39
42
46

3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6

CONCENTRADOR SOLAR
Razón de concentración
Geometría del concentrador paraboloidal
Razón de concentración en el paraboloide de revoluciónCantidad de energía en el receptor
Distribución de la radiación incidente en el receptor
Materiales reflectivos

49
50
52
57
61
68
70

3.

4.
4.1
4.2
4.3
4.4

5.

ACOPLAMIENTO FIBRA ÓPTICA Y CONCENTRADOR SOLAR
Acoplamiento de los parámetros geométricos
Transmisión de energía
Evaluación de los parámetros fibra óptica-concentrador solar
Uso de la fibra óptica en el transporte deenergía solar aplicado a la
producción de hidrógeno.

73
73
76
78
84

5.1
5.2
5.3
5.4

ESTUDIO TÉRMICO: MODELO UNIDIMENSIONAL
Flujo de calor radiativo solar concentrado
Modelo unidimensional
Solución al modelo unidimensional
Casos de estudio para el modelo unidimensional

93
93
95
98
104

6.1
6.2
6.3
6.4

ESTUDIO TÉRMICO: MODELO BIDIMENSIONAL
Flujo de calorradiativo solar concentrado
Modelo bidimensional
Solución al modelo bidimensional
Casos de estudio para el modelo bidimensional

109
109
112
114
122

6.

CONCLUSIONES

135

APÉNDICE A
Distribución estándar de la radiación solar (WRC)

139

APÉNDICE B
Discretización de (z,t)

141

APÉNDICE C
Programa para resolver el modelo unidimensional

145

APÉNDICE D
Programa pararesolver el modelo bidimensional

149

REFERENCIAS

155

NOMENCLATURA

E

N ESTE apartado, se presenta una lista de símbolos que son usados en este trabajo. Si bien, cada
símbolo ha sido definido localmente, la siguiente lista de símbolos permite una referencia rápida en
caso de confusión sobre su significado. Se han incluido las unidades relacionadas a cada símbolo en el
Sistema...