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Ibarra Mollá, Mercedes

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Ibarra Mollá
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Mercedes
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    Publicación
    Evaluación tecno-económica de sistemas basados en ciclos Rankine orgánicos de pequeña potencia para su integración en sistemas termosolares
    (Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales. Departamento de Ingeniería Energética, 2016-06-22) Ibarra Mollá, Mercedes
    El objetivo de este trabajo era el estudio tecnoeconómico de una planta de ciclo Rankine orgánico (CRO) de baja potencia (<10 kWe) que funcionara con energía solar de media temperatura (100-250ºC). Uno de los primeros objetivos era desarrollar una metodología de diseño del sistema, tanto del sistema solar como del sistema CRO. Para ello se ha presentado, un modelo para la simulación anual de un campo solar y la experimentación realizada con el captador NEPSolar Polytrough 1200, que permitió obtener Ja curva de rendimiento de dicho captador. Por otro lado, en esta tesis se ha desarrollado el modelo de simulación de CRO, que permite el análisis de varios diseños, fluidos (SES36 y R245fa) y condiciones de trabajo. Una instalación experimental permitió la validación del modelo, corroborando su capacidad de previsión de cálculo de la potencia producida. Este modelo de simulación de CRO ha permitido analizar detalladamente el comportamiento de los CRO a cargas parciales, tanto con un expansor, como con dos expansores, en ros que se estudió el comportamiento de los ciclos a diferentes condiciones de trabajo. Los resultados de este análisis han permitido proponer una metodología para seleccionar el punto de operación de los ciclos más adecuado para cada potencia demandada. En el diseño del sistema, el primer problema a resolver en ros CRO con dos expansores en serie ha sido la selección de los parámetros de diseño que optimizara el comportamiento del ciclo a cargas parciales. En particular, la elección de la presión intermedia entre expansores adecuada era fundamental para el buen funcionamiento del ciclo posterior. Para ello se analizaron diferentes metodologías, siendo la que tenía mejores resultados la estrategia de elegir el conjunto de valores que hace que los rendimientos de los expansores sean similares. Los modelos CRO desarrollados en esta tesis han permitido la generación de los mapas de operación, que a su vez han permitido determinar la operación del sistema a cargas parciales con menores tiempos de computación. Utilizando estos mapas se ha realizado la simulación anual del comportamiento de un sistema CRO acoplado un campo solar. Se han analizado cuatro sistemas, combinando CRO de uno y dos expansores y captadores cilindroparabólicos de pequeña apertura y captadores planos de ultra-vacío. Por último, se ha realizado un análisis económico, en el que se incluye un cálculo determinístico del LCOE, la optimización del par múltiplo solar-almacenamiento térmico (minimizando el coste nivelado de la energía), un análisis de sensibilidad de los costes y un análisis estadístico de los resultados. Por tanto, el trabajo desarrollado en la tesis ha permitido identificar una ventana de diseño en cuanto a posibles captadores solares, fluidos de CRO, condiciones de trabajo y máquinas de expansión, considerando siempre la operación real y el comportamiento real de ras máquinas y equipos involucrados, tanto del ciclo Rankine orgánico como del sistema solar y pudiendo determinar las ventajas y desventajas de cada diseño.
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    Publicación
    Proposal of a microchannel receiver for Fresnel technology to supply solar heat for industrial processes
    (Elsevier, 2023-09-30) Stojceska, V.; Reay, David A.; Montes Pita, María José; Ibarra Mollá, Mercedes
    This work is focused on the linear Fresnel technology to supply solar heat for industrial processes, proposing a new microchannel receiver design for pressurised gases. This design consists of two absorber panels converging at the focal line of the Fresnel system; each of these panels consists of a compact core fin structure attached to both front and back plates. The fluid flows through the receiver along its length in several passes, so that the compactness is constant and greater than in the previous pass. This arrangement improves heat transfer and, therefore, the cooling of the more thermally stressed areas of the panel, without over penalising the pressure drop. A thermal resistance model has been formulated to quantify the fluid heating along the panel length and the thermal gradient along the panel thickness. This model has been used to perform a thermo-exergy optimisation based on several characteristic parameters: the aperture half-angle of the cavity shaped by the two converging panels; and the channels dimensions in each pass of the panel. For each of these parameters, a maximum exergy efficiency has been obtained accounting for the receiver heat losses, the fluid pressure drop and the optical performance of the primary mirror field.