CAPACITACIÓN PARA LOS ESTADOS MIEMBROS DE LA
CURSO CAPEV 10 2009
CURSO DE CAPACITACIÓN VIRTUAL:
INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA TERMOCONVERSIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR
Energía Termosolar para Procesos Industriales
Dr. Oscar Alfredo Jaramillo Salgado
Centro de Investigación en Energía. Universidad Nacional Autónoma de México
[email protected]
24 sep 2009
CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN
1. Objetivo de la sección
2. Un poco de historia en el uso de la energía solar en la conversión
fototérmica
3. Calor de proceso industrial: consideraciones generales del diseño
3.1 Sistemas solares de aire y de agua para procesos industriales
4. Sistemas solares de generación del vapor
4.1 Steam-flash
4.2 Generación directa de vapor
4.3. Unfired boliler
4.4 Diseño del recipiente de destello de vapor
5. Aplicaciones químicas
5.1 Reformado de combustibles
5.2 Procesamiento de materiales
5.3 Celdas combustible
5.4 Detoxificación o remediación solar
1. Objetivo de la sección
Describir el potencial de la utilización de la energía termosolar
en la industria. Tecnologías solares disponibles.
2. Un poco de historia en el uso de la energía solar en la conversión fototérmica
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212 A. C., Arquímedes defiende
Siracusa de la flota romana (Galeno).
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Siglos VII y VIII A. C., las sacerdotisas
vestales romanas prendían fuego con
espejos cónicos (Plutarco).
212 A. C., Arquímides defiende Siracusa
de la flota romana (Galeno).
77 D. C., Los romanos usaban lentes
para prender fuego y cauterizar heridas
(Plinio).
1000, Proclus repite la hazaña de
Arquímides durante el sitio de
constantinopla (Ioanne Zonaras).
1615, Salomon de Caux construye la
primera máquina solar a partir de
diversos
estudios
sobre
la
condensación y expansión del vapor.
Mitad del siglo XVII, Athanasius Kircher
intenta repetir los espejos quemantes
de Arquímides
Finales del siglo XVII, von Tschirnhus
construye lentes para derretir metales
y cerámicas.
•Horno Solar de Antoine Lavoisier
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1695, Targioni y Averani tratan de fundir
diamante con un espejo concentrador.
1747, Buffon prende fuego a una celdas de
madera a 65 metros de distancia, con un
sistema de 168 espejos planos.
1744, Joseph Priestly produjo oxígeno
calentando oxido mercúrico con un
concentrador solar. Concluyo que el aire es
una mezcla de gases
Lavoisier también usó concentradores
solares en sus experimentos.
Bessemer (siglo XIX) usó concentradores
para fundir cobre y zinc.
Augustin Bouchot entre 1864 y 1882
construyo varios concentradores cónicos
solares para mover máquinas de vapor.
Ericsson, máquina con concentrador de
canal parabólico en 1870.
En 1912 Shuman construyó una planta de
canal parabólico de 55 kW para bombear
agua en Egipto.
Exposición Universal de París, 1882
Estos dispositivos fueron los precursores
de los colectores parabólicos modernos

En la década de 1970 se llevan a cabo
investigaciones muy importantes
para generar electricidad mediante
sistemas de engría solar.

1991, primera central eléctrica
comercial con una capacidad de 354
MWe, basada sobre el concepto de
energía solar concentrada (en
California, Estados Unidos). Esta
planta fue erigida sobre un área de 7
kilómetros cuadrados y suministraba
a la red cerca de 800 millones de
KWh/año.

Sin embargo, la mayoría de las
plantas de energía solar concentrada
en
operación
siguen
siendo
prototipos o plantas de demostración
y requieren de importantes subsidios
para su operación.
4. Calor de proceso industrial: consideraciones generales del diseño
Más allá de los usos a baja temperatura, hay varios campos potenciales para el uso
de la energía térmica solar a mediana temperatura (80-240°C). El más importante
de ellos es la producción de calor para los procesos industriales, que representa
una cantidad significativa de calor. Por ejemplo, la demanda industrial del calor
constituye el cerca de 15% de la demanda total de las necesidades energéticas
finales en los países europeos. La actual demanda energética en la UE para las
temperaturas medias y medio-altas se estima en alrededor 300 TWh/a (Schweiger
et al., 2000).
Varios estudios de la demanda de calor de procesos industriales, algunos sectores
industriales se han identificado con condiciones favorables para el uso de la
energía solar. Los procesos industriales más importantes en los que se puede usar
energía solar de mediana temperatura son: esterilización, pasteurización, secado
(granos, frutas, maderas), hidrolización, destilación y evaporación, lavado y
limpieza, y polimerización. Algo de los procesos más importantes y de la gama de
las temperaturas requeridas para cada uno se muestra en Tabla 7.1 (Kalogirou,
2003).
Los sistema de termosolares se benefician del efecto de escala. Por lo tanto, los
costos de inversión deben ser comparativamente bajos, incluso si los costos para
los captadores de mediana temperatura son más altos se artizan rápidamente por
el ahorro de combustible. Una forma para asegurar viabilidad económica es
diseñar los sistemas sin almacenaje de calor, es decir, el calor solar se alimenta
directo en un proceso conveniente.
Generalmente, dos problemas fundamentales se necesitan considera al diseñar un
sistema de energía solar para calor de proceso industrial. Estos se refieren la
cantidad de energía que se empleará y la temperatura en el cual el calor debe ser
entregado.
También se debe considerar si se requieren diferentes temperaturas durante el
proceso, ya que se pueden requerir temperaturas que varían por varias decenas de
grados Celsius en las diferentes etapas.
De cualquier forma, es necesario realizar modelación teórica o experimental antes
de llevar a la practica un sistema de energía solar que será aplicado a un proceso
particular.
Otra consideración importante es que, en muchos procesos industriales, las granes
cantidades de energía son requeridas en pequeños espacios. Por lo tanto, puede
haber un problema para la localización de captadores solares. Los captadores se
pueden situar en los techos de los edificios o terrenos adyacentes. La localización
de los colectores en tales áreas, sin embargo, da lugar a operar largar tuberías o de
conductos, que causan pérdidas de calor que se deben considerar en el diseño del
sistema.
Cuando los captadores se colocan en la azotea de una fábrica se debe asegurar que
las filas no se sobren entre si. El área captación se puede limitar por el área, la
forma, y la orientación de la azotea. Resulta muy importante considerar la carga
muerta (peso neto del sistemas) y dinámica (distribución de carga durante el uso
del sistema, carga por viento, ráfagas de viento, huracanes) del uso de captadores
en las azoteas.
En un sistema solar de calor del proceso industrial, la interconexión de los
colectores con los suministros de energía convencionales se debe hacer de una
manera compatible con el proceso. La manera más fácil de lograr esto es usando el
almacenamiento de calor, que puede también permitir que el sistema trabaje en
períodos de baja irradiación y durante la noche.
En la mayoría de las fábricas utilizan un sistema central como fuente del calor
que suministra agua caliente o vapor a una presión que corresponde a la
temperatura más alta necesaria en los diversos procesos. Agua caliente o vapor de
baja presión con temperaturas menores que 150° se puede utilizar para
precalentar agua (u otros líquidos) usada para los procesos (lavando, teñido, etc.),
para la generación del vapor, o por el empalme directo de la Sistema Solar a un
proceso individual que trabaja a temperaturas por bajo de la fuente central de
vapor. Varias posibilidades se muestran en la Figura 7.1.
2.1 Sistemas solares de aire y de agua para procesos industriales
Los sistemas solares de aire son de circuito abierto y de recirculación. En el circuito
abierto, el aire ambiente se calienta y no es posible la recirculación del aire debido
a que atrapa contaminaste durante el desarrollo del proceso (v. g. pintado con
pistola, secado de sustancias solventes, aire fresco de abastecimiento a hospitales,
entre otros). En la recirculación de sistemas de aire, una mezcla de aire reciclado y
de aire ambiente se suministra a los captadores solares. El índice de humedad del
aire, puede ser controlado mediante la temperatura y la humedad del aire de la
fuente.
También los sistemas de calentamiento de agua pueden ser de circuito abierto o de
circuito cerrado. Lo más común es que sean de circuito cerrado y presenten un
intercambiador de calor para transferir la energía térmica ganada en el campo de
captadores solares hasta el proceso industrial.
En un arreglo serie, mostrado en la Figura 7.2, la energía se utiliza para precalentar
el líquido de transferencia térmica de la carga, que se puede calentar más en caso
necesario, por un calentador auxiliar, para alcanzar la temperatura requerida. Si la
temperatura del líquido en el tanque de almacenaje es más alta que lo requerida
por la carga, una válvula de tres vías se utiliza para mezclarla con el agua fría de
retorno de la carga térmica del proceso.
La configuración paralela se muestra en la Figura 7.3. Puesto que la energía no se
puede entregar a la carga con una temperatura por bajo de la temperatura
requerida, el sistema de captadores solares debe poder producir la temperatura
requerida antes de que la energía pueda ser entregada.
Una configuración en serie es preferida sobre una paralela porque proporciona una
temperatura promedio de funcionamiento más baja en el sistema de captación
solar, que lleva a una eficiencia de sistema más alta. La alimentación paralela sin
embargo, es común en la generación de vapor para procesos de medio-alta
temperatura (Figura 7.4)
4. Sistemas solares de generación del vapor
Los captadores de canal parabólicos se emplean con frecuencia para la generación
solar del vapor porque se pueden obtener temperaturas altas sin la degradación
seria en la eficiencia del sistema solar. El vapor a baja entalpía se puede utilizar en
la industrial, en la esterilización de materiales quirúrgicos para humanos y
animales, en los evaporadores para desalación, entre otros. Se han empleado tres
métodos para generar el vapor usando concentradores de canal parabólico
(Kalogirou et al., 1997):
1. El concepto del steam-flash o flasheo, en el cual de agua se calienta a alta
presión en el colector y se destella para producir el vapor al bajar su presión
en un recipiente separado.
2. El concepto de generación directa de vapor o in situ, en el cual se presenta un
flujo bifásico en el receptor del colector para generar el vapor.
3. El concepto unfired boliler (caldera sin combustión), en el cual un líquido de
transferencia de calor (aceite o glicoles principalmente) se circula a través del
campo de concentradores y del vapor se genera en un intercambiador de
calor.
Los tres sistemas de generación de vapor tienen ventajas y desventajas.
4.1 Steam-flash
El sistema del steam-flash se muestra esquemáticamente en la Figura 7.5. En este
sistema el agua se mantiene a alta presión para evitar la ebullición, se circula a
través de los concentradores de canal parabólico y se destella a través de una
válvula de estrangulación y vierte a un recipiente cerrado y presurizado (flash
vessel).
4.2 Generación directa de vapor
El concepto de generación de vapor directa o in situ, mostrado en Figura 7.6, utiliza
una configuración de sistema similar al de flasheo pero sin el sistema de destello.
La ebullición y el vapor se forma directamente en el tubo del receptor del
concentrador. Según Hurtado y Kast (1984) , los costos de capital asociados a vapor
directo y los sistemas de flasheo son aproximadamente iguales.
4.3. Unfired boliler
Un diagrama de unfired boliler se muestra en la Figura 7.7. En este sistema, un
líquido (anticongelante y anticorrosivo) de transferencia térmica se circula a través
del colector, donde las presiones del sistema son bajas y el control es sencillo.
Estos factores superan en gran parte las desventajas de circuitos de agua y son las
razones principales del uso predominante de los sistemas de aceite como fluido
térmico en sistema de generación de vapor para procesos industriales actuales.
4.4 Diseño del recipiente de destello de vapor
Para separar vapor a presión baja se utiliza un recipiente de flasheo de vapor. Esto
es un recipiente vertical, como se muestra en la Figura 7.8, con la entrada del agua
de alta presión aproximadamente una tercera parte de su altura. El diseño
estándar de recipientes de destello requiere que el diámetro del recipiente se
diseña para un flujo de 3 m/s. Esto asegura que ninguna gota de agua caiga hacia
la parte inferior del recipiente en contraflujo de vapor. Se requiere de un altura
adecuada sobre la entrada para asegurar la separación. La separación también es
facilitada apuntando la entrada hacia abajo en el recipiente. El tamaño de la
conexión del agua se establece para reducir al mínimo la caída de presión del
recipiente a la entrada de la bomba para evitar la cavitación.
5.1 Reformado de combustibles
La energía solar es esencialmente ilimitada y su utilización no crea problemas
ecológicos. Sin embargo, la radiación solar es intermitente y no está distribuida
uniformemente. Hay así una necesidad de almacenar la energía solar y de
transportarla de las regiones altamente soleadas, tales como desiertos, a las
regiones pobladas industrializadas. Un modo eficaz de alcanzar esto es mediante la
conversión fototermoquímica de la energía solar en los combustibles químicos.
Con este fin se requieren colectores del alta concentración de energía donde uno
puede suministrar energía a los procesos des alta temperatura para conducir
reacciones endotérmicas.
El hidrógeno será en le futuro el principal combustible utilizado por celdas de
combustible, sistemas de combustión externa y combustión interna. Su
almacenamiento aún presenta retos importantes de desarrollo en ingeniería que
deberán ser resueltos en los próximos años.
Diferentes vías para la obtención de hidrógeno
El hidrógeno puede ser obtenido de la transformación de un combustible fósil, a
esto se llama generalmente reformado de combustible. El reformado con vapor es
un ejemplo, en el cual el vapor se mezcla con el combustible fósil a temperaturas
alrededor de 760°C. Esta temperatura alta se puede obtener quemando
combustibles convencionales o por un sistema solar de alta concentración. La
ecuación química de esta reacción de reformado para el gas natural (metano CH4)
es
Esta manera de producir hidrógeno es una de las más usados industrialmente ya
que la reacción es rápida y es casi completa. Otro proceso es emplear CO2 en lugar
de agua; esto es:
En el cracking los hidrocarburos de cadenas largas de carbón son sometidos a altas
temperaturas para fragmentar las cadenas largas en unidades moleculares
pequeñas. En esta ruta se utilizan diversos catalizadores y se producen diversos
materiales; entre ellos se encuentra el hidrógeno.
El hidrógeno también se encuentra en el agua. Para obtener este elemento a partir
del agua es necesario romper el enlace O-H, lo cual no es fácil ya que esta unión es
una de las más energéticas. Sin embargo existen varios procesos para disociar el
agua, entre los cuales se encuentra la termólisis directa del agua. Esta manera de
producir hidrógeno consiste en aplicar el calor necesario a la molécula de agua
para romper el enlace O-H, esto es:
Esta reacción necesita temperaturas de aproximadamente 2900K para alcanzar un
grado de disociación razonable (alrededor del 35%). Este nivel de temperatura es
uno de los principales inconvenientes por los que este proceso casi no es utilizado
ya que, para estas temperaturas, se tienen problemas con los materiales. Otro
inconveniente es que los productos gaseosos deben ser separados inmediatamente
después de efectuada la reacción para evitar su recombinación. Si no se realiza una
separación efectiva, se puede terminar con una mezcla explosiva. En los años 80s,
en el laboratorio solar de Odeillo, se desarrolló un sistema que realiza la termólisis
directa y que utiliza la energía solar concentrada.
El Horno Solar es un dispositivo especializado para investigación científica donde
actualmente se estudian los ciclos termoquímicos de las reacciones posibles para
obtención de hidrógeno.
Los hornos solares se componen de
• Helióstato de seguimiento continuo del Sol.
• Espejo concentrador parabólico o conjunto de espejos esféricos.
• Mesa de experimentación en la región focal.
Otra vía para la obtención de hidrógeno es le uso de energía solar concentrada
para activar reacciones termoquímicas reversibles. Así se puede utilizar bióxido de
cerio o bien oxido de cinc.
Laboratorio solar de Odeillo en Francia.
Los reactores químicos solares utilizan como fuente de calor de proceso a la
energía solar concentrada; y estos se pueden clasificar en dos grandes grupos
1. Reactores irradiados indirectamente. En estos reactores el calentamiento
de los reactivos se realiza de manera indirecta. Este calentamiento implica el uso
de un material o compuesto que absorba la radiación solar concentrada, y,
posteriormente, la transmita por conducción y radiación al sitio donde se lleva a
cabo la reacción. Estos tienen la ventaja de que no necesitan una ventana
transparente, lo cual hace que su costo disminuya. No obstante están restringidos
por las limitaciones impuestas por los materiales de construcción de las paredes
del reactor, tales como, la conductividad térmica, la temperatura máxima de
operación, la absortancia radiativa y la resistencia a choques térmicos.
2. Reactores irradiados directamente. En estos las partículas reactivas están
directamente expuestas a la radiación solar concentrada, lo cual provee
eficientemente la energía al sitio de reacción. Con este tipo de reactores se evitan
las limitaciones anteriormente mencionadas; sin embargo, cuando se trabaja con
atmósferas inertes, se requiere una ventana transparente. Esta ventana es un
componente caro y problemático ya que a altas presiones puede romperse (se
necesita modificar la forma y el grosor para que esto no ocurra) o, en ambientes
gaseosos severos, puede ensuciarse perturbando la radiación solar que está
entrando a la cavidad [2]; también puede ocurrir que si las partículas, que están a
temperaturas muy altas, logran un contacto directo con la ventana, estas
provoquen spots calientes en su superficie, lo cual provoca la destrucción de la
ventana por estrés térmico por sobrecalentamiento local.
Reactor termoquímico solar para producción de hidrógeno por disociación de
metano, en un concentrador de foco puntual tipo plato parabólico.
5.2 Procesamiento de materiales
El tratamiento de materiales con energía solar implica el afectar la transformación
y composición química de materiales por su exposición directa a la energía solar
concentrada. Con este fin, utilizamos hornos solares de alta concentración.
La energía solar puede también asistir al proceso de materiales que son altamente
intensivos en energía, alta temperatura, como en la producción de aluminio.
También incluye los usos relacionados con la producción de productos des alto
valor agregados , tales como folurenos, que son moléculas grandes de carbón con
potencial importante en usos comerciales en semi y superconductores, a los
productos básicos tales como cemento (Norton, 2001). Ningunos de estos
procesos, sin embargo, han alcanzado comercialización a gran escala.
En un horno solar de 2 kW se estudió la descomposición térmica del dióxido
titanium a las temperaturas de 2000-2500°C en una atmósfera del argón (Palumbo
y otros, 1995). La tasa de descomposición fue limitada por la razón a la cual el
oxígeno difunde del interfaz del líquido-gas.
Un proceso termoquímico solar desarrollado por Steinfeld et al. (1996) combina
la reducción del óxido de cinc con la reforma del gas natural, llevando a la
producción del cinc, del hidrógeno, y del monóxido de carbono. En el equilibrio, la
composición química en un reactor solar de cuerpo negro funcionado en una
temperatura alrededor de 1000°C, a presión atmosférica y concentración solar de
2000, se han obtenido eficiencias entre 0.4 y 0.65, dependiendo de la
recuperación de calor del producto. Un reactor químico solar de 5 kW fue
empleado para demostrar esta tecnología en un horno solar del alto flujo
radiativo. Las partículas del óxido de cinc fueron introducidas continuamente en
un flujo de vórtice. Las partículas de óxido de cinc se exponen directo al alto flujo
radiativo, evitando la disminución de la eficiencia y el costo por el uso de
cambiadores de calor.
5.4 Celdas combustibles
Una cela de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte la energía
química de un combustible, tal como hidrógeno, gas natural, metanol, o gasolina, y
un oxidante, tal como aire u oxígeno, en electricidad. Los dispositivos
electroquímicos generan electricidad sin la combustión del combustible y del
oxidante, en comparación con lo que ocurre con métodos tradicionales de
producción eléctrica. En principio, una celda de combustible funciona como una
batería, pero a diferencia de una batería, no requiere la recarga. De hecho, una
celda de combustible produce electricidad y calor mientras se suministren el
combustible y un oxidante. Una celdas de combustible, como una batería, tiene
cátodo cargado positivamente y el ánodo cargado negativamente y un material
iónico conductor llamó electrólito. El combustible principal usado en celdass de
combustible es hidrógeno.
La construcción de la celda de combustible consiste generalmente de un electrodo
del combustible (ánodo) y un electrodo del oxidante (cátodo) separado por una
membrana iónica conductora. En la celda de combustible básica, el oxígeno esta
presente en un electrodo y el hidrógeno sobre el otro electrodo; al hacer esto, se
genera electricidad, agua, y calor. Las celdas de combustible químicamente
combinan las moléculas del combustible y con un oxidante sin la contaminación
por la combustión tradicional.
Algunas otras características importantes de las celdas de combustible son como
sigue:
• Portador de carga. El portador de carga es el ion que pasa a través del
electrólito. El portador de carga se diferencia entre diversos tipos de celdas de
combustible. Para la mayoría de los tipos de celdas de combustible, sin embargo, el
portador de carga es un ion hidrogenado, H+, que tiene un solo protón.
• Contaminación. Las celdas de combustible se pueden contaminar por diversos
tipos de moléculas. El agente principal de la contaminación para todos los tipos de
celdas de combustible es compuestos con sulfuro, tales como sulfuro de hidrógeno
(H2S) y sulfuro del carbonyl (COS).
• Combustibles. El hidrógeno es actualmente el combustible más popular para las
celdas de combustible. Algunos gases, tales como CO y CH4, tienen diversos
efectos en las celdas de combustible, dependiendo del tipo de celdas de
combustible. Por ejemplo, el CO es un contaminante de las celdas de combustible
que funcionan en las temperaturas relativamente bajas, tales como en la celdas de
membrana del intercambio de protónico (PEMFC). Sin embargo, el CO se puede
utilizar directo como combustible para las celdas de combustible de alta
temperatura, tales como la celdas de combustible de óxidos sólidaos (SOFC)
• Factores de funcionamiento. El funcionamiento de una celdas de combustible
depende de numerosos factores, tales como la composición del electrólito, la
geometría de la celdas de combustible, la temperatura de funcionamiento, y la
presión de gas. La geometría de la celdas de combustible es afectada
principalmente por la superficie del ánodo y del cátodo.
5.4 Detoxificación o remediación solar
Existen diversos procesos de tratamiento de agua contaminada como: físicos
(sedimentación, filtración, flotación, etc.), en los cuales se eliminan los sólidos
suspendidos o los materiales flotantes; biológicos-químicos en los que se emplean
discos y filtros biológicos, o bien se adicionan agentes químicos para eliminar los
contaminantes; y adsorción y oxido-reducción (REDOX). Los procesos de adsorción
y REDOX son empleados cuando los contaminantes son altamente tóxicos y
recalcitrantes, persistentes a los procesos biológicos-químicos. El proceso de
adsorcón consiste en adherir al contaminante a otra sustancia como carbón
activado, zeolitas, resinas etc. No obstante, este proceso sólo transfiere el
contaminante a otra medio sin que dé una solución al problema de
contaminación. Por su parte, los procesos REDOX también llamados Procesos
Avanzados de Oxidación, PAOs, degradan e incluso mineralizan las moléculas
contaminaste, por lo que se presentan como una solución al problema.
Los PAOs son definidos como los procesos que involucran la generación y uso de
especies transitorias poderosas, principalmente el radical hidroxilo (HO.), el cual
posee alta efectividad para la oxidación de materia orgánica y puede ser generado
por medios fotocatalíticos, fotoquímicos y por otras formas de energía, como:
radiólisis g procesos con haces de electrones, oxidación electroquímica, plasma no
térmico, descarga electrohidráulica-ultrasonido, entre otras. Dentro de los PAOs se
ubica el proceso de Fotocatálisis Heterogénea, el cual posee alta efectividad en la
degradación de una amplia variedad de moléculas contaminantes.
En los últimos 20 años, el proceso de la fotocatálisis heterogénea ha tenido un
desarrollo importante, ya que ha demostrado su capacidad para oxidar compuestos
orgánicos, transformándolos a productos finales como CO2, H2O y algún acido
inorgánico, y capacidad para reducir iones de metal. Este proceso se muestra como
una nueva tecnología para procesos de remediación medio-ambientales.
En la fotocatálisis heterogénea, los semiconductores TiO2, ZnO, ZrO2, CdS, MoS2,
Fe2O3 yWO3, actúan como foto-catalizadores induciendo las reacciones oxidoreducción. Esto es debido a sus estructuras electrónicas, que están caracterizadas
por una banda de valencia llena de electrones y una banda de conducción vacía. La
absorción de un fotón de energía mayor o igual a su banda de energía prohibida
conduce a la formación del un par de carga electrón-hueco (e- h+). En ausencia de
un aceptor de carga, la energía almacenada es disipada en el interior, en pocos
nanosegundos, por la recombinación. Si esta presente algún aceptor de carga, este
puede atrapar al electrón o al hueco ocurriendo las reacciones de oxido-reducción
[6, 7]. El semiconductor TiO2 es el fotocatalizador mas empleado, dado que
presenta ventajas como actividad química, estabilidad bajo condiciones de
operación, bajo costo y no es toxico .
En la figura se presenta el mecanismo básico del proceses de fotocatálisis
heterogénea. Este consiste en incidir sobre el semiconductor radiación con fotones
de energía igual o mayor a su energía de banda prohibida (Ebg). Cuando un fotón es
absorbido un electrón es promovido de la banda de valencia hacia la banda de
conducción, generando un hueco en la banda de valencia. El par de cargas
electrón-hueco generadas participan en las reacciones de redox, principalmente a
través de la generación de radicales
Planta Canal Parabólico:
Área: 128 m2 de colección
Capacidad de
procesamiento:
200 L entre 2 y 4 horas
Planta de CPC
Área: 6 m2 de colección
Capacidad
de procesamiento:
70 L en 6 horas.
Planta experimental instalada en la
empresa HIDROCEN S.L. (Arganda del
Rey, Madrid)
100 m2 de campo solar de
colectores. Capacidad de
tratamiento: 800 L
Cirugía Solar
Concentración de 15,000 soles
Potencia de 5 W
Costo: U$ 1,000
Unidad laser convencional: U$ 100,000
Referencias
Hurtado, P., Kast, M., 1984. Experimental Study of Direct In-Situ Generation of
Steam in a Line Focus Solar Collector. SERI, Golden, CO.
Kalogirou, S., 2003. The potential of solar industrial process heat applications.
Appl. Energy 76 (4), 337–361.
Kalogirou, S., Lloyd, S., Ward, J., 1997. Modelling, optimization and
performance evaluation of a parabolic trough collector steam generation system.
Sol. Energy 60 (1), 49–59.
Norton, B., 2001. Solar process heat. In: Gordon, J. (Ed.), Solar Energy: The state
of the art. James and James, London, pp. 477–496.
Palumbo, R., Rouanet, A., Pichelin, G., 1995. Solar thermal decomposition of
TiO2 at temperatures above 2200 K and its use in the production of Zn and ZnO.
Energy 20 (9), 857–868.
Schweiger, H., Mendes, J.F., Benz, N., Hennecke, K., Prieto, G., Gusi, M.,
Goncalves, H., 2000. The potential of solar heat in industrial processes. A state of
the art review for Spain and Portugal. In: Proceedings of Eurosun’2000,
Copenhagen, Denmark on CD ROM.
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