ES2375887A1

ES2375887A1 - Estructura con vigas de sujeción de reflector primario.

Info

Publication number: ES2375887A1
Application number: ES201001025A
Authority: ES
Inventors: Félix Muñoz Gilabert
Original assignee: Abengoa Solar New Technologies SA
Current assignee: Abengoa Solar New Technologies SA
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2030-08-05
Also published as: EP2602569A4; CN103140722A; EP2602569A1; CN103140722B; US20130175229A1; ES2375887B1; WO2012017109A1; CL2013000344A1

Abstract

Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar que comprende los siguientes elementos esenciales:- Al menos dos elementos (1) situados de forma paralela, que comprenden un entramado de tres barras (11) en forma de triángulo equilátero, situado de manera que uno de sus vértices (13) se ubica como el punto más bajo de la estructura y que cuenta con tres barras interiores (12) de menor longitud situadas de manera que simulan como si el triángulo contase con un hexágono inscrito, dentro del cual discurre el tubo central de la estructura o torque box;-dos vigas en voladizo (2) en cada triángulo con barras (1), una viga parte de uno de los laterales del triángulo y la otra del otro, siendo completamente simétricas y pudiendo estar realizadas con tubos o con chapa estampada;- al menos dos correas (3) que recorren la estructura longitudinalmente, es decir, de forma paralela al torque box y al tubo absorbedor y perpendiculares las vigas en voladizo (2), uniendo a toda la serie de los dos elementos anteriores (1, 2) que se repiten a lo largo de la estructura entre sí.

Description

Estructura con vigas de sujeción de reflector primario.

Sector técnico de la invención

Esta invención se encuadra dentro del sector de los colectores solares, más concretamente se refiere a las estructuras que se utilizan para la sujeción de los reflectores (espejos) y los receptores encargados de concentrar la radiación solar, especialmente en colectores cilindro-parabólicos.

Antecedentes de la invención

En las plantas de producción de energía eléctrica a partir de la radiación solar se pueden emplear colectores solares de varios tipos (colector cilindro parabólico, disco Stirling, central de torre con helióstatos, colectores Fresnel, etcétera) y todos ellos requieren estructuras de soporte para los espejos que se encargan de concentrar la radiación solar.

Dichas estructuras, por lo general, poseen además un dispositivo denominado seguidor solar que les permite orientarse en dirección al sol, lo que les conduce a la obtención de altos rendimientos.

La invención que aquí se reivindica hace referencia a la estructura soporte del módulo del colector solar, no siendo objeto de la invención el seguidor solar que luego se le pueda acoplar.

Muchas de las invenciones del estado de la técnica describen estructuras de celosía que soportan colectores de tipo cilindro-parabólicos. Los colectores cilindro parabólicos para recolectar la energía del sol emplean espejos de forma cilindro-parabólica. Por el foco de la parábola pasa una tubería o tubo colector que recibe los rayos concentrados del sol, donde se calienta el fluido. Una vez calentado el fluido, el cual alcanza temperaturas próximas a 400ºC, si dicho fluido es vapor se envía a una turbina para la producción de electricidad o en algunos casos a una etapa de sobre-calentamiento para su posterior turbinado. Si contamos con otro tipo de fluidos calo-portadores que a dicha temperatura no están en fase vapor, entonces se envían a un intercambiador de calor para la producción de éste.

Las estructuras que soportan estos colectores están formadas por una serie de vigas, brazos y las uniones entre ellas, siendo las vigas, aquellos elementos que sirven de soporte de la estructura central o torque box. Son vigas sometidas a grandes esfuerzos de torsión y de flexión y, habitualmente, de una gran longitud, lo que origina problemas por la flecha que esto produce y además complica en gran medida su transporte hasta la planta.

Dentro del estado de la técnica más actual referente a las estructuras soporte de módulos de colectores solares se encuentra, por ejemplo, el documento PCT/ES2009/070430 (las referencias se refieren a dicho documento), el cual describe una estructura mejorada aplicable a colectores de energía solar cilindro-parabólicos, comprendiendo módulos (2) soportados por unas pilas (3), con espejos (4) apoyados en una viga (5) o cilindro transmisor de par, formando una parábola cuyo foco atraviesa el tubo absorbedor (6). Los soportes (9) del tubo absorbedor (6) sobre el módulo (2) colector o sobre las pilas (3) son deslizantes, y permiten que el eje (8) o cilindro transmisor de par sea desplazable longitudinalmente.

El documento WO 2010/055397 (las referencias se refieren a dicho documento) describe un concentrador solar cilindro-parabólico que es soportado por dos columnas (12) encargadas de soportar el tubo (13), pudiendo este tubo rotar axialmente gracias a un motor. La estructura soporte cuenta con una serie de brazos (14), fijados transversalmente al tubo (13) y con una base (17) que fija el espejo (15) a dichos brazos (14). Tanto la base (17) como los brazos (14) se fabrican en material composite con el mismo coeficiente de expansión térmica. Los brazos se diseñan con una serie de concavidades y convexidades para lograr la resistencia deseada. Cada uno de los nervios o brazos (14) se compone de dos mitades (18) las cuales finalizan con un asiento de forma redondeada (19) dentro del cual se coloca el tubo (13) atornillándose las dos mitades a continuación.

Otra invención más, a modo de ejemplo, se encuentra en el documento ES2274710 (las referencias se refieren a dicho documento) donde se describe un brazo de sustentación, soporte de colector solar cilindro-parabólico y el procedimiento para fabricar el brazo. El brazo está 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.

A la vista del estado de la técnica descrito y de muchos más desarrollos que existen, la invención aquí reivindicada tiene como objetivo proporcionar una estructura que, como las anteriores, sirva de soporte a un módulo de colector solar del tipo cilindro-parabólico y que tenga una serie de características que hacen que difiera substancialmente de las conocidas en el estado de la técnica, aportando importantes ventajas tanto de resistencia estructural, como de facilidad y abaratamiento en el transporte y montaje.

Descripción de la invención

La invención consiste en una estructura con vigas de sujeción del reflector primario.

La estructura conforma el soporte para un módulo de colector solar cilindro-parabólico.

Se van a analizar dos alternativas de estructura. En ambas la filosofía es la misma y los elementos son todos comunes, siendo la única variante, la geometría de las vigas de sujeción.

La estructura está formada por varios elementos esenciales.

- Elemento triangular con barras que simulan un hexágono inscrito: el primero de los elementos esenciales de la estructura se compone de un entramado de tres barras en forma de triángulo equilátero, situado de manera que uno de sus vértices se ubica como el punto más bajo de la estructura. Este triángulo cuenta con tres barras interiores de menor longitud situadas de manera que simulan como si el triángulo contase con un hexágono inscrito. Este "hexágono inscrito" está diseñado para que por su interior discurra el tubo central de la estructura o torque box, encargado de soportar y trasmitir los momentos torsores y flectores a los que se ve sometido el colector y cuyo diseño no es objeto de esta invención. Por lo general, todo ello se realiza a base de angular laminado en caliente. Este primer elemento se repetirá varias veces a lo largo de toda la longitud de la estructura y de forma paralela.

- Vigas en voladizo: además del triángulo con las tres barras interiores que simulan un hexágono inscrito, existe un segundo elemento esencial en la estructura como son dos vigas en voladizo en cada triángulo con barras. Una viga parte de uno de los laterales del triángulo y la otra del otro. Son totalmente simétricas y sustituyen a las estructuras de celosía habituales en el estado de la técnica. Estas vigas en voladizo pueden estar realizadas con dos perfiles de tubo rectangular en acero o en chapa de acero estampada. Se seleccionará una u otra opción según lo que sea más adecuado en cada caso, buscando siempre el espesor óptimo en función de los cálculos de tensiones máximas, pandeo lineal y deformaciones, que se realicen para cada proyecto.

- Correas longitudinales: el tercer elemento esencial de la estructura son una serie de correas formadas por perfiles en "C" normalmente laminadas en frío, que recorren la estructura longitudinalmente, es decir, de forma paralela al torque box y al tubo absorbedor y perpendiculares a las vigas en voladizo. Estas correas unen entre sí a toda la serie de los dos elementos anteriores que se repiten a lo largo de la estructura: el triángulo con las tres barras que simulan un hexágono inscrito y las vigas en voladizo, ya que, dependiendo de la longitud del colector cilindro-parabólico a soportar, se empleará mayor o menor número de elementos. Sobre las correas se disponen una serie de grapas para la sujeción de los espejos que componen el reflector primario, conformando así una estructura espacial que soporta la parábola espejada.

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Estas características esenciales de la nueva estructura resuelven de manera eficaz y económica los problemas existentes hasta el momento referentes a los esfuerzos de torsión, de flexión, cargas del viento y montaje de la estructura.

Descripción de los dibujos

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de la invención, se acompaña un juego de dibujos donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1: Vista en perspectiva de la estructura con vigas de tubo.

Figura 2: Vista frontal de la estructura con vigas de tubo.

Figura 3: Vista en perspectiva de la estructura con vigas de chapa.

Figura 4: Vista frontal de la estructura con vigas de chapa.

Figura 5: Vista en planta de la estructura.

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Las referencias de las figuras representan:

1.: Elemento triangular con barras que simulan un hexágono inscrito.

2.: Vigas en voladizo.

3.: Correas longitudinales.

11.: Barras que forman el triángulo.

12.: Barras que simulan el hexágono inscrito.

13.: Vértice inferior del triangulo.

14.: Vértices superiores del triangulo.

21.: Tubo rectangular corto en acero.

22.: Tubo rectangular largo en acero.

23.: Chapa estampada.

24.: Vaciados.

31.: Grapas.

Realización preferente de la invención

Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir el módulo de colector solar según una realización preferente.

En las figuras 1-2 se observa una realización preferente de la invención donde las vigas en voladizo se forman a base de perfiles de tubo rectangular en acero.

En la figura 1 se muestra una vista en perspectiva del conjunto de la invención. En ella se observa una estructura completa para soportar un colector cilindro-parabólico.

La estructura está formada por ocho elementos triangulares con barras que simulan un hexágono inscrito (1), todos ellos situados de forma paralela unos con otros y en cuyo interior se soportaría el tubo central o torque box (no representado), pudiendo ser de cualquier geometría. La estructura también cuenta con una serie de vigas en voladizo (2). En cada lado de cada uno de los elementos triangulares con barras (1) se sujeta una viga en voladizo (2). En la realización preferente primera, estas vigas (2) se forman a base de perfiles de tubo rectangular en acero. El tercer elemento que aparece representado en la figura 1 son las correas longitudinales (3). En el caso de esta realización preferente, son ocho el número de correas (3) representadas. Todas ellas recorren la estructura longitudinalmente, es decir, irían paralelas al torque box y al tubo absorbedor (no representados) y perpendiculares a las vigas en voladizo (2).

Estas correas unen entre sí a todos elementos anteriores que se repiten de forma paralela a lo largo de la estructura: el triángulo con las barras que simulan un hexágono inscrito (1) y las vigas en voladizo (2). Sobre las correas se disponen una serie de grapas (31) para la sujeción de la parábola espejada que compone el reflector primario (no representado).

En la figura 2 se representa una vista frontal de la estructura. En ella se aprecia claramente el primero de los elementos esenciales (1) de la estructura. Se compone de un entramado de tres barras (11) en forma de triángulo equilátero, situado de manera que uno de sus vértices (13) se ubica como el punto más bajo de la estructura. Este triángulo cuenta con tres barras interiores de menor longitud (12) situadas de manera que simulan como si el triángulo contase con un hexágono inscrito. Este "hexágono inscrito" está diseñado para que por su interior discurra el tubo central de la estructura o torque box, no representado en la figura. En esta realización preferente, todas las barras están realizadas a base de angular laminado en caliente. En los vértices (13, 14) del elemento triangular se sostienen las vigas en voladizo (2). En el caso de esta primera realización preferente las vigas están formadas por dos tubos de diferente longitud (21, 22). El tubo de menor longitud (21) se une al elemento triangular (1) por uno de sus vértices superiores (14) y discurre con cierto ángulo hasta que el otro extremo se encuentra en una posición más elevada. Ese extremo del tubo más corto se une a un punto intermedio del tubo más largo (22). El tubo más largo (22) comienza en el vértice inferior (13) del elemento triangular (1) y termina en lo que constituye el punto más elevado de toda la estructura. En un punto intermedio de su recorrido, una unión sujeta sobre él el extremo del tubo más corto (21). En el otro lado del elemento triangular con barras (1) se instala una viga en voladizo (2) idéntica a la descrita anteriormente, de manera que la estructura es completamente simétrica.

En las figuras 3-4 se observa una realización preferente de la invención donde las vigas en voladizo se forman a base de perfiles de chapa estampada, en este caso concreto, chapa estampada en acero.

En la figura 3 se muestra la vista en perspectiva de la estructura completa. La estructura es equivalente a la anterior, con ocho elementos triangulares con barras (1), sosteniendo cada uno de ellos dos vigas en voladizo (2) simétricas, aunque esta vez de chapa estampada y ocho correas longitudinales (3) que unen todos los elementos anterior y sobre las que se sujetan unas grapas (31) que serán las que soporten la parábola de espejos que forma el reflector
primario.

En la figura 4 se tienen el detalle de esas vigas en chapa de acero. El elemento triangular (1) formado por tres barras (11) y con tres barras interiores (12) que simulan un hexágono inscrito es exactamente igual al descrito en la realización anterior.

La diferencia se encuentra en que las vigas en voladizo que se sujetan en el triángulo esta vez están formadas por una chapa de acero estampada (23). La sujeción al triángulo se hace con remaches o sistema de unión equivalente a lo largo de todo el lado del triángulo (11) que corresponda, no sólo por el vértice como en el caso anterior. La chapa además cuenta con una serie de perforaciones o vaciados (24) calculados de forma que se minimice el peso de la estructura y se disminuyan las cargas del viento.

En la figura 5 se muestra una vista en planta de la estructura siendo la misma para ambos tipos de realizaciones. En ella se aprecia más claramente el número de elementos triangulares con barras (1) y vigas en voladizo (2) con las que cuenta esta realización preferente (concretamente ocho), así como el recorrido que realizan las correas longitudinales (3), uniendo entre ellos a todos los elementos paralelos anteriormente citados.

La estructura con vigas en voladizo descrita está especialmente diseñada para su aplicación en colectores cilindro parabólicos, pero no se descarta su extensión a otros campos de la industria que requieran características similares.

Claims

1. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar caracterizada por comprender los siguientes elementos esenciales:

-: Al menos dos elementos (1) situados de forma paralela, que comprenden un entramado de tres barras (11) en forma de triángulo equilátero, situado de manera que uno de sus vértices (13) se ubica como el punto más bajo de la estructura y que cuenta con tres barras interiores (12) de menor longitud situadas de manera que simulan como si el triángulo contase con un hexágono inscrito, dentro del cual discurre el tubo central de la estructura o torque box;

-: dos vigas en voladizo (2) en cada triángulo con barras (1), una viga parte de uno de los laterales del triángulo y la otra del otro, siendo completamente simétricas;

-: al menos dos correas (3) que recorren la estructura longitudinalmente, es decir, de forma paralela al torque box y al tubo absorbedor y perpendiculares a las vigas en voladizo (2), uniendo a toda la serie de los dos elementos anteriores (1, 2) que se repiten a lo largo de la estructura entre sí.

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2. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar según reivindicación 1 caracterizada porque las vigas en voladizo (2) están realizadas con perfiles de tubo rectangular en acero.

3. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar según reivindicación 2 caracterizada porque se utilizan dos tubos (21, 22) para la realización de cada viga (2).

4. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar según reivindicación 3 caracterizada porque los tubos (21, 22) tienen diferente longitud.

5. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar según reivindicación 4 caracterizada porque el tubo de menor longitud (21) se une al elemento triangular (1) por uno de sus vértices superiores (14) y discurre con cierto ángulo hasta que el otro extremo se encuentra en una posición más elevada.

6. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar según reivindicación 5 caracterizada porque el tubo más largo (22) comienza en el vértice inferior (13) del elemento triangular (1) y termina en lo que constituye el punto más elevado de toda la estructura, encontrándose en un punto intermedio de su recorrido, una unión que sujeta sobre él el extremo del tubo más corto (21).

7. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar según reivindicación 1 caracterizada porque las vigas en voladizo (2) están realizadas en chapa de acero estampada (23).

8. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar según reivindicación 7 caracterizada porque la sujeción al triángulo de la viga en voladizo (2) se hace con remaches o sistema de unión equivalente a lo largo de todo el lado del triángulo (11) que corresponda.

9. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar según reivindicación 8 caracterizada porque la chapa que forma la viga en voladizo cuenta con una serie de perforaciones o vaciados (24) calculados de forma que se minimice el peso de la estructura y se disminuyan las cargas del viento.

10. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar según reivindicación 1 caracterizada porque el elemento triangular con barras interiores (1) se realiza a base de angular laminado en caliente.

11. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar según reivindicación 1 caracterizada porque las correas longitudinales (3) se realizan con perfiles en "C" laminados en frío.

12. Estructura con vigas de sujeción de reflector primario para colector solar según reivindicación 1 caracterizada porque sobre las correas (3) se disponen una serie de grapas (31) para la sujeción de los espejos que componen el reflector primario, conformando así una estructura espacial que soporta la parábola espejada.