ES2274710A1 - Brazo de sustentacion, soporte de colector solar cilindro-parabolico y procedimiento para fabricar el brazo. - Google Patents

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Abstract

Brazo de sustentación, soporte de colector solar cilindro-parabólico y procedimiento para fabricar el brazo. Un brazo de sustentación de colector cilindro-parabólico configurado para ser acoplado a un cuerpo central (1) del colector a modo de ménsula, en una dirección sustancialmente perpendicular a una línea focal (2) del colector, teniendo dicho brazo una forma de cuña que tiene: un primer lado (10) provisto de dispositivos de apoyo (11) para soportar al menos un espejo (3); un segundo lado (20); un tercer lado (30) provisto de dispositivos de soporte (31) para que el brazo sea soportado por el cuerpo central (1). El brazo está formado por al menos una chapa estampada conformada para obtener una estructura resistente para aportar rigidez y capacidad portante mediante una pluralidad de nervaduras (42) que forman una celosía que tiene una pluralidad de porciones laminares (41) entre dichas nervaduras.

Description

Brazo de sustentación, soporte de colector solar cilindro-parabólico y procedimiento para fabricar el brazo.
Campo de la invención
La invención se refiere a un componente y a un procedimiento de fabricación de dicho componente utilizado en plantas solares térmicas, en las que mediante concentración óptica se calienta un fluido (aire, vapor de agua, aceite o sales). Este fluido mueve una turbina, o bien a su vez calienta otro fluido que es el encargado de desempeñar esta misión. No obstante, los colectores que van a describirse también pueden ser empleados en combinación con paneles fotovoltaicos.
Antecedentes de la invención
Dentro de los distintos tipos de plantas solares térmicas se encuentran las plantas solares de colectores cilindro-parabólicos. En este tipo de plantas el fluido térmico atraviesa una tubería recta situada en el propio foco de una parábola extruida. A su vez, esta parábola, cuyo eje longitudinal puede estar orientado en dirección norte- sur o este-oeste, es capaz de girar en un solo eje para optimizar la radiación incidente en el área de apertura del colector.
Normalmente las dimensiones de un colector de este tipo suelen estar en el orden de los 100-150 metros en colectores de última generación. Estos colectores, que se mueven mediante un mecanismo hidráulico, están compuestos a su vez de varios segmentos cuya longitud ronda los 12 metros.
En el estado de la técnica, pueden distinguirse varios métodos para la fabricación de los bra-
zos:
1. Brazos fabricados a base de tubos soldados
Hasta el momento, los brazos en los que se soportan los espejos se han venido fabricando a partir de tubos soldados entre sí, formando una pequeña celosía. Sin embargo, este procedimiento de fabricación, que proporciona al final una estructura ligera y resistente, plantea dos pegas fundamentales:
-
La mano de obra asociada al corte y soldadura de los tubos encarece considerablemente el producto final.
-
La precisión obtenida finalmente en los puntos de apoyo de los espejos no es suficiente para apoyar los espejos directamente. Por ello es necesario utilizar unas piezas metálicas intermedias sujetas al brazo mediante deslizaderas que son las que finalmente se ajustan a la posición deseada con la ayuda de un útil. Esta operación tiene también su repercusión en el coste final de la pieza.
2. Otras alternativas
Para la fabricación de brazos para soportar los espejos de los colectores cilindro-parabólicos hay otras alternativas entre las que se pueden destacar:
-
La utilización de paneles de fibra, paneles sándwich o similar para generar estructuras muy ligeras y suficientemente resistentes.
-
Empleo de estructuras continuas, que evite la utilización de brazos.
Asimismo, los brazos han de cumplir con una serie de características:
1. Características geométricas
En función de las cargas para las que esté dimensionado el colector, la posición de éste dentro del campo y las medidas de la caja central y de la parábola primitiva que forman los espejos, existen diferentes disposiciones de las barras para formar el brazo.
2. Características físicas
Entre las más importantes se pueden destacar:
-
Peso de los brazos: Entre 10-14 kg/pieza.
-
Tratamiento superficial: Galvanizado en caliente.
-
Tipos de perfiles usados: normalmente perfil tubular, de pared delgada (espesor 1-2 mm).
En este tipo de centrales el campo colector, es decir, el conjunto de todos los colectores que recogen la radiación solar para calentar el aceite es una pieza fundamental. Los colectores en los que se soportan los espejos están hechos a base de estructura metálica, normalmente acero galvanizado, y deben cumplir los siguientes requisitos:
-
Por un lado, deben proporcionar precisión suficiente para posicionar los espejos de tal forma que concentren toda la radiación en el foco geométrico de la parábola teórica.
-
Por otro lado, y dadas las enormes dimensiones que suelen tener estas centrales, la estructura metálica debe ser barata, sencilla de fabricar y duradera.
A lo largo de la historia de estas plantas, se han desarrollado diferentes tipos de estructuras capaces de satisfacer, en mayor o menor medida, estos
requisitos.
Se puede distinguir fundamentalmente, entre dos tipos de estructura soporte.
-
Colectores hechos a base de lo que podría denominarse "estructura espacial". En estos colectores, la estructura soporte forma un continuo que se extiende por toda la parte trasera de la parábola. En este tipo de estructuras no hay distinción entre cuerpo central y brazos, formando toda ella un conjunto monobloque.
-
Colectores formados por un cuerpo central y unos brazos que soportan los espejos. En este tipo de colectores la estructura se puede separar en dos partes. Por un lado, el cuerpo central, que soporta las cargas de flexión y torsión fundamentalmente. Este cuerpo central, puede estar hecho a base de tubo soldado o bien mediante un entramado de barras. A este cuerpo central, se atan unos brazos, que son los encargados de soportar los espejos parabólicos.
La invención se refiere a estos brazos al cuerpo central y al método de fabricación de dichos brazos.
Descripción de la invención
Un primer aspecto de la invención se refiere a un brazo de sustentación de colector cilindro-parabólico configurado para ser acoplado a un cuerpo central del colector a modo de ménsula, en una dirección sustancialmente perpendicular a una línea focal del colector, teniendo dicho brazo una forma de cuña que
tiene:
un primer lado provisto de medios de apoyo para soportar al menos un espejo;
un segundo lado;
un tercer lado provisto de medios de soporte para que el brazo sea soportado por el cuerpo central;
estando dicho brazo caracterizado porque comprende:
al menos una chapa estampada
conformada para obtener una estructura resistente para aportar rigidez y capacidad portante mediante una pluralidad de nervaduras que forman una celosía que tiene una pluralidad de porciones laminares entre dichas nervaduras.
la chapa es galvanizada.
En el brazo de la invención, la chapa puede ser galvanizada. Asimismo, la chapa puede tener un espesor comprendido entre 1-2,5 mm. Preferiblemente, el espesor de la chapa puede estar comprendido entre 1,2-2 mm.
En el brazo de la invención, los medios de apoyo de un espejo pueden estar separados una distancia a, y:
el primer lado puede tener una longitud comprendida entre 2,1-3,2a;
el segundo lado puede tener una longitud comprendida entre 2,3-3,4a;
el tercer lado puede tener una longitud comprendida entre 0,8-1,2a;
los medios de apoyo extremos pueden estar a una distancia comprendida entre 0-0,6a de los extremos del primer lado.
Adicionalmente, en el brazo de la invención, los medios de apoyo adyacentes de dos espejos pueden estar a una distancia comprendida entre 0,4-0,6a.
Los medios de apoyo del brazo de la invención pueden comprender cuatro asientos de espejo.
Por otro lado, en el brazo de la invención, los medios de soporte pueden comprender dos fijaciones al cuerpo central configuradas para permitir desmontar el brazo del cuerpo central, pudiendo estar situadas dichas fijaciones en:
un primer vértice donde concurren el primer lado y el tercer lado;
un segundo vértice donde concurren el segundo lado y el tercer lado.
Opcionalmente, el brazo de la invención puede además comprender al menos un vaciado en la porción laminar para aligeramiento.
Asimismo, en el brazo de la invención el primer lado puede ser curvo-cóncavo para tener una forma adaptada a la forma semiparabólica del al menos un espejo.
Igualmente, el segundo lado del brazo puede ser curvo-convexo para alcanzar una relación resistencia/peso óptima.
También el tercer lado del brazo puede ser curvo-cóncavo, presentando una acusada concavidad para aligeramiento.
En el brazo de la invención, la pluralidad de nervaduras puede formar una celosía que tiene un entramado seleccionado entre triangular, trapezoidal y combinaciones de los mismos.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un soporte de colector cilindro-parabólico que puede comprender al menos un brazo como el descrito más arriba y un cuerpo central en forma de tubo conformado a partir de una chapa plana para:
aportar rigidez torsional;
minimizar el número de fijaciones al brazo;
facilitar el montaje/desmontaje del brazo.
Un tercer aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para fabricar un brazo conforme al descrito más arriba, comprendiendo dicho proceso:
a)
cortar un desarrollo de un brazo en una chapa plana para obtener una forma inicial;
b)
estampar la forma inicial para conformar una estructura resistente para aportar rigidez y capacidad portante mediante una pluralidad de nervaduras que forman una celosía que tiene una pluralidad de porciones laminares entre dichas nervaduras para obtener una forma final.
El procedimiento puede además comprender:
c)
punzonar la forma final para ubicar los medios de apoyo.
Adicionalmente, el procedimiento también puede comprender:
d)
punzonar la forma final para ubicar los medios de soporte.
El procedimiento de fabricación de los brazos de la invención presenta las siguientes ventajas:
-
El número de operaciones necesarias para llegar al producto final partiendo de la materia prima no es elevado, siendo además dichas operaciones muy automatizables, lo que se traduce en un menor coste.
-
La producción de este tipo de piezas en serie redunda en una mayor calidad y una mayor repetitividad de las características del producto final, reduciendo el número de rechazos.
-
Al fabricarse la pieza con los puntos de apoyo conforme a la precisión requerida, se elimina la necesidad de ajustar soportes, reduciendo el coste de montaje.
Breve descripción de los dibujos
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La Figura 1 es un esquema que muestra un colector cilindro-parabólico.
La Figura 2 es una vista lateral que muestra un colector cilindro-parabólico de acuerdo con la invención.
La Figura 3 es una vista de un brazo de la invención donde se indica la geometría del brazo.
Las Figuras 4A, 4B y 4C muestran tres diseños alternativos de un brazo de acuerdo con la invención.
La Figura 5 es una vista en perspectiva de una porción de un colector donde se muestra una pluralidad de brazos que soportan una pluralidad de espejos, estando dichos brazos conectados a un cuerpo
central.
Descripción de una realización preferida de la invención
En una planta solar comercial pueden ser necesarios más de 200.000 brazos. Esta enorme cantidad de unidades necesarias, obliga a que el proceso mediante el cual se fabrican estos elementos sea extremadamente sencillo, para abaratar costes sin perder la capacidad de estos elementos para absorber cargas y para proporcionar la adecuada rigidez y precisión.
Por ello, los brazos que se acoplan al cuerpo central 1 del colector a modo de ménsula, en una dirección sustancialmente perpendicular a la línea focal 2 de dicho colector, tienen una forma de cuña que tiene un primer lado 10 que tiene los medios de apoyo 11 para soportar los espejos 3, un segundo lado 20 y un tercer lado 30 que tiene los medios de soporte 31 para que el brazo sea soportado por el cuerpo central 1. En la invención, el brazo está formado a partir de al menos una chapa estampada conformada para obtener una estructura resistente para aportar rigidez y capacidad portante mediante una pluralidad de nervaduras 42 que forman una celosía que tiene una pluralidad de porciones laminares 41 entre dichas nervaduras 42. Estas porciones laminares pueden tener practicados vaciados 43 para aligerar el peso del brazo.
La invención también se refiere a la fabricación de piezas a partir de chapa estampada. En este proceso, se parte de una chapa plana de espesor entre 1 mm y 2 mm. A esta chapa se le somete a la acción de sucesivos troqueles o matrices que le van dando forma para conseguir que la pieza final tenga la consistencia requerida. Los alojamientos o medios de apoyo 11 definitivos para colocar los espejos 3 pueden realizarse sobre la pieza estampada durante el proceso de fabricación. Esto permite conseguir en el posicionado de estos alojamientos o medios de apoyo 11 la precisión requerida para el amarre definitivo de los espejos 3.
Por tanto, las operaciones fundamentales que comprende el procedimiento son:
-
Cortar una chapa plana con el espesor adecuado, para obtener una forma inicial deseada.
-
Sucesivas operaciones de estampado/troquelado para conformar la chapa plana a la forma deseada, con una serie de nervios o nervaduras 42 que le proporcionen la rigidez y resistencia requeridas.
-
Mediante punzonado o una operación equivalente se consigue posicionar los agujeros o medios de apoyo 11 que soportan los espejos 3 y los medios de soporte 31 que amarran el brazo al cuerpo central 1 del colector, con una precisión suficiente para no tener que realizar operaciones adicionales de ajuste.
En una realización de la invención, el diseño de colector con brazos estampados resulta óptimo en términos de prestaciones y coste si como cuerpo central 1 se utiliza un tubo conformado a partir de chapa soldada. Para los brazos se puede elegir chapa de espesores comprendidos entre 1.2 mm y 2 mm en función de las cargas de viento que vaya a sufrir el colector en concreto, por su posición dentro del campo.

Claims (15)

1. Un brazo de sustentación de colector solar cilindro-parabólico configurado para ser acoplado a un cuerpo central (1) del colector a modo de ménsula, en una dirección sustancialmente perpendicular a una línea focal (2) del colector, teniendo dicho brazo una forma de cuña que tiene:
un primer lado (10) provisto de medios de apoyo (11) para soportar al menos un espejo (3);
un segundo lado (20);
un tercer lado (30) provisto de medios de soporte (31) para que el brazo sea soportado por el cuerpo central (1);
estando dicho brazo caracterizado porque comprende:
al menos una chapa estampada
conformada para obtener una estructura resistente para aportar rigidez y capacidad portante mediante una pluralidad de nervaduras (42) que forman una celosía que tiene una pluralidad de porciones laminares (41) entre dichas nervaduras.
2. El brazo de la reivindicación 1 caracterizado porque la chapa es galvanizada.
3. El brazo de cualquiera de las reivindicaciones 1-2 caracterizado porque la chapa tiene un espesor comprendido entre 1-2,5 mm.
4. El brazo de la reivindicación 3 caracterizado porque la chapa tiene un espesor comprendido entre 1,2-2 mm.
5. El brazo de cualquiera de las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque los medios de apoyo (11) comprenden cuatro asientos de espejo (3).
6. El brazo de cualquiera de las reivindicaciones 1-5 caracterizado porque los medios de soporte (31) comprenden dos fijaciones al cuerpo central (1) configuradas para permitir desmontar el brazo del cuerpo central (1), estando dichas fijaciones situadas
en:
un primer vértice donde concurren el primer lado (10) y el tercer lado (30);
un segundo vértice donde concurren el segundo lado (20) y el tercer lado (30).
7. El brazo de cualquiera de las reivindicaciones 1-6 caracterizado porque además comprende al menos un vaciado (43) en la porción laminar (41) para aligeramiento.
8. El brazo de cualquiera de las reivindicaciones 1-7 caracterizado porque el primer lado (10) es curvo-cóncavo para tener una forma adaptada a la forma semiparabólica del al menos un espejo (3).
9. El brazo de cualquiera de las reivindicaciones 1-8 caracterizado porque el segundo lado (20) es curvo-convexo para alcanzar una relación resistencia/peso óptima.
10. El brazo de cualquiera de las reivindicaciones 1-9 caracterizado porque el tercer lado (30) es curvo-cóncavo presentando una acusada concavidad para aligeramiento.
11. El brazo de cualquiera de las reivindicaciones 1-10 caracterizado porque la pluralidad de nervaduras (42) forma una celosía que tiene un entramado seleccionado entre triangular, trapezoidal y combinaciones de los mismos.
12. Un soporte de colector solar cilindro-parabólico caracterizado porque comprende al menos un brazo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11 y un cuerpo central (1) en forma de tubo conformado a partir de una chapa plana para:
aportar rigidez torsional;
minimizar el número de fijaciones al brazo;
facilitar el montaje/desmontaje del brazo.
13. Procedimiento para fabricar un brazo conforme a las reivindicaciones 1-11 caracterizado porque comprende:
a)
cortar un desarrollo de un brazo en una chapa plana para obtener una forma inicial;
b)
estampar la forma inicial para conformar una estructura resistente para aportar rigidez y capacidad portante mediante una pluralidad de nervaduras (42) que forman una celosía que tiene una pluralidad de porciones laminares (41) entre dichas nervaduras para obtener una forma final.
14. El procedimiento de la reivindicación 13 caracterizado porque además comprende:
c)
punzonar la forma final para ubicar los medios de apoyo (11).
15. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 13-14 caracterizado porque además comprende:
d)
punzonar la forma final para ubicar los medios de soporte (31).
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