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PLIEGO DE PRESCRIPCIONES TECNICAS DE LA LICITACIÓN DEL CONTRATO DE SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE UNA PLATAFORMA DE ENSAYOS DE CAPTADORES SOLARES DE CONCENTRACIÓN DE TIPO CANAL PARABÓLICO POR PROCEDIMIENO NEGOCIADO SUJETO A REGULACION ARMONIZADA EXPTE. PN.01/2011
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PLIEGO DE PRESCRIPCIONES TECNICAS DE LA LICITACIÓN DEL CONTRATO DE SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE UNA PLATAFORMA DE ENSAYOS DE CAPTADORES SOLARES DE CONCENTRACIÓN DE
TIPO CANAL PARABÓLICO POR PROCEDIMIENO NEGOCIADO SUJETO A REGULACION ARMONIZADA
EXPTE. PN.01/2011
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TABLA DE CONTENIDOS
ANTECEDENTES ................................................................................................................... 3
1 OBJETO ........................................................................................................................... 3 2 ALCANCE DE SUMINISTRO ........................................................................................ 3 3 PRINCIPIO GENERAL DE FUNCIONAMIENTO ........................................................ 4 4 CÓDIGOS Y NORMATIVA APLICABLE .................................................................... 6
DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN .............................................................................. 7
5 DATOS DE EMPLAZAMIENTO ................................................................................... 7 6 DESCRIPCION TÉCNICA DE LOS SISTEMAS ........................................................... 8
6.1 Plataforma de ensayos de seguimiento acimutal ....................................................... 8 6.1.1 Plataforma giratoria .............................................................................................. 8 6.1.2 Lazo hidráulico de fluido térmico ...................................................................... 11 6.1.3 Lazo hidráulico de agua ..................................................................................... 17 6.1.4 Otros requisitos de instrumentación y control ................................................... 22 6.1.5 Requisitos eléctricos .......................................................................................... 23
6.2 Sistema de CARACTERIZACIÓN ÓPTICA ............................................................. 24 6.2.1 Requerimientos del sistema de adquisición ....................................................... 24 6.2.2 Requerimientos del sistema de dianas ............................................................... 26
6.3 captadorSistema de instrumentación y adquisición de datos para elaboración de ensayos ............................................................................................................................. 27
6.3.1 Estación radiométrica y de medida de variables meteorológicas ...................... 27 6.3.2 Instrumentación infraestructura de giro acimutal. ............................................. 29 6.3.3 Sistema de adquisición y tratamiento de datos. ................................................. 30
6.4 Límites de suministros .............................................................................................. 31 7 CRITERIOS DE NEGOCIACIÓN ................................................................................. 31
DOCUMENTACIÓN ............................................................................................................. 32
8 DOCUMENTACIÓN A ENTREGAR CON LA OFERTA ........................................... 32 9 DOCUMENTACIÓN DE PROYECTO PARA INFORMACIÓN O APROBACIÓN .. 32
EJECUCIÓN .......................................................................................................................... 33
10 CONDICIONES GENERALES ................................................................................... 33 11 ENSAYOS DE ACEPTACIÓN ................................................................................... 34 12 VALORES GARANTIZADOS .................................................................................... 34
12.1.1 Plataforma giratoria .......................................................................................... 34 12.1.2 Lazo hidráulico de fluido térmico .................................................................... 34 12.1.3 Lazo hidráulico de Agua .................................................................................. 35 12.1.4 Infraestructura de caracterización óptica. ......................................................... 35
ANEXO ................................................................................................................................... 36
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ANTECEDENTES
1 OBJETO
La finalidad del presente Pliego de Prescripciones Técnicas es la descripción y definición de
los requisitos a cumplir por la entidad que resulte adjudicataria del correspondiente contrato.
El presente documento tiene por objeto definir las características técnicas y funcionales de
una plataforma de ensayos de captadores de canal parabólico (CCP) a ubicar en las
instalaciones del CTAER en el municipio de Tabernas. El objeto en sí mismo de la plataforma
de ensayos será caracterizar los captadores desde el punto de vista de rendimiento,
obteniéndose mediante balances energéticos los principales parámetros de los mismos, los
cuales se listan a continuación:
Rendimiento óptico pico
Modificador del ángulo de incidencia
Factor de interceptación o de precisión geométrica
Perdidas térmicas
Choques térmicos para envejecimiento acelerado de tubos receptores CCP
Ensayo de captadores de concentración de media temperatura (hasta 250ºC) para aplicaciones
industriales
En los apartados siguientes se definirá cada uno de ellos y la metodología prevista para su
medida, siendo responsabilidad del suministrador comprobar y adaptar si fuese necesario la
metodología, así como el suministro para llevarla a cabo.
Asímismo se podrá realizar una caracterización óptica y estructural de los captadores en
análisis, que permita evaluar la calidad óptica y geométrica de los mismos.
2 ALCANCE DE SUMINISTRO
El alcance incluirá el diseño, fabricación, pruebas en taller, transporte, adecuación del terreno
y soportación, montaje electromecánico, legalización, puesta en marcha y pruebas de
prestaciones en campo de todos los equipos que componen la plataforma de ensayo.
Asímismo incluirá repuestos, consumibles y material fungible para la puesta en marcha,
incluyendo fluidos térmico y de inertización necesarios.
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El alcance de suministro incluye todos los equipos, mecánicos, eléctricos y de
instrumentación necesarios para el correcto funcionamiento de la plataforma de ensayos, las
cuales estarán compuesta por los siguientes sistemas:
- Plataforma para el ensayo y caracterización de módulos de captadores cilindro
parabólicos con seguimiento acimutal y capacidad de pivotaje.
- Sistema de caracterización óptica
- Sistema de instrumentación y adquisición de datos específicos para la realización de
ensayos.
Así mismo se incluye en el alcance todos los servicios de obra necesarios, como son
generador de electricidad auxiliar, caseta de obra, aseos, etc. No se dispondrá de ningún tipo
de suministro (eléctrico, agua, gas…) durante el transcurso de la obra, no obstante para la
puesta en marcha definitiva de la plataforma deberán considerarse las acometidas a las redes
de suministro eléctrico y agua que estarán presentes en los terrenos del CTAER al finalizar las
obras.
3 PRINCIPIO GENERAL DE FUNCIONAMIENTO
La energía térmica absorbida en un captador será la diferencia entre la absorbida en el tubo
receptor y las perdidas térmicas en el mismo. Este balance y cada uno de los flujos
energéticos se expresan en las siguientes formulas, que relacionan propiedades físicas de
elementos del CCP, como es la reflectancia del espejo, con coeficientes que representan las
perdidas por conceptos determinados.
�
Donde:
es la potencia absorbida por el captador cilindro-parabólico.
es la potencia absorbida por los tubos receptores de los captadores
cilindro-parabólicos.
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son las pérdidas de calor del captadores cilindro-parabólico, que se
producen en los tubos receptores por intercambio de calor con el ambiente.
es la irradiación solar directa correspondiente al instante de tiempo en el que se realiza el
cálculo.
es el área total de apertura de cada captador, calculada como el producto de la
longitud del captador y la anchura total del mismo.
θ es el ángulo de incidencia, ángulo que forma el vector solar con la normal al plano de
apertura.
es el modificador del ángulo de incidencia. El IAM cuantifica el efecto del ángulo de
incidencia en el rendimiento geométrico del espejo (englobando las pérdidas por final de
captador, las pérdidas por bloqueos y sombras de elementos estructurales), en el rendimiento
geométrico del tubo (apertura efectiva por el fuelle), en la modificación de las propiedades
ópticas (reflectancia, absortancia y transmitancia) y en el factor de interceptación o precisión
geométrica.
es el rendimiento óptico pico, es decir, a incidencia normal y sin sombreamiento.
La energía térmica absorbida por el CCP es una magnitud que se determina en función del
caudal, y temperaturas de entrada y salida del fluido calor-aportador, por lo que las medidas
de los diferentes parámetros que caracterizan el captador se basarán en la medida de dicha
magnitud, haciendo conocida o cero el resto de factores que intervienen en el balance
energético.
De esta forma las pérdidas térmicas se medirán haciendo nulas la energía absorbida,
posicionando el captador de “espaldas” al sol, y con la infraestructura del lazo hidráulico para
aporte y disipación de la energía térmica. Por otra parte el ensayo para medición de los
factores de rendimiento óptico pico, modificador del ángulo de incidencia y factor de
precisión geométrica se realizarán manteniendo fijos el resto de parámetros, entre los que se
encuentra el ángulo de incidencia, que depende de la posición del sol, para lo cual la
infraestructura estará dotada de la plataforma de seguimiento acimutal.
El envejecimiento acelerado de tubos receptores se realizará mediante choques térmicos
(ciclos continuados de calentamiento /enfriamiento del fluido térmico a través de los
receptores con un salto térmico de 100ºC ) simulando las condiciones de enfoque/desenfoque
del captador CCP. Este ensayo se realizará “espaldas al sol” con un funcionamiento autónomo
y programable según el número de ciclos a realizar.
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Además de los sistemas anteriores se dotará a las instalaciones con los equipos necesarios
para la caracterización óptica del captador de forma independiente, basada en una tecnología
de caracterización de sistemas 3D, para medida del factor de rendimiento óptico y de
interceptación o precisión geométrica.
4 CÓDIGOS Y NORMATIVA APLICABLE
Las instalaciones estarán conforme a la legislación y normas tanto europeas, nacionales como
autonómicas. A continuación se detallan por su importancia algunas de las normativas a
considerar.
Obra civil y estructuras-
Eurocódigos estructurales.
CTE 2006. Código Técnico de la edificación.
NCSE-02 Norma de construcción sismo-resistente.
Otras Normas Tecnológicas de la Edificación (NTE) que apliquen.
General
Directiva 2006/42/CE relativa a las máquinas.
Reglamento de seguridad contra incendios en establecimientos industriales RD 2267/2004
Directiva 94/9/CE, relativa a los aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas
potencialmente explosivas.
Directiva 2006/95/CE relativa a la aproximación de las legislaciones de los estados miembros
sobre el material eléctrico destinado a usarse con determinados límites de tensión.
Directiva 2004/108/CE sobre Compatibilidad Electromagnética.
Reglamento electrotécnico de Baja Tensión e Instrucciones Técnicas Complementarias.
Normas UNE
Aparatos a Presión
Directiva 97/23/CE relativa a la aproximación de las legislaciones de los estados miembros
sobre aparatos a presión.
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Directiva 76/767/CEE relativa a la aproximación de las legislaciones de los estados miembros
sobre las disposiciones comunes a los aparatos a presión y a los métodos de control de dichos
aparatos.
Directiva 87/404/CE relativa a la aproximación de las legislaciones de los estados miembros
sobre aparatos a presión simples.
Reglamento de Aparatos a Presión y sus Instrucciones Técnicas Complementarias
Igualmente serán de aplicación toda la normativa UNE.
Ensayos de captadores
UNE-EN 12975 “Sistemas solares térmicos y componentes”: Parte 1: Requisitos generales y
Parte 2: Métodos de ensayo
DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN
5 DATOS DE EMPLAZAMIENTO
La plataforma de ensayos estará ubicada en las instalaciones que el CTAER tiene en el
municipio de Tabernas (Almería). Las condiciones de dicho emplazamiento se resumen a
continuación:
Coordenadas geográficas: 37º06’02’’ latitud NORTE, 2º21’35’’ longitud OESTE.
Temperatura ambiente máxima/ media/mínima:43.5ºC/17.9ºC/-5.5ºC
Temperatura ambiente de diseño: 50ºC/-10ºC
Humedad relativa: 50%-65 %. Con valores máximos del 97% y mínimos del 4%. .
Precipitación media anual: 218 mm
Zona sísmica, conforme a normativa sismorresistente NCSR-02
Resistencia del terreno: No disponible. El análisis geotécnico del emplazamiento debe de
incluirse en el alcance del los servicios ofertados.
Servicios auxiliares: No se contempla la existencia de servicios auxiliares durante el montaje
de la plataforma de ensayos.
Los servicios auxiliares disponibles en emplazamiento, y sus parámetros de diseño, una vez
finalice la construcción de la plataforma serán :
- Alimentación eléctrica: 400 Vac. 3 F.
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- Agua bruta: Agua de pozo a 3 bar.
6 DESCRIPCION TÉCNICA DE LOS SISTEMAS
A continuación se describen los diferentes sistemas indicando sus características principales.
La vida útil de las instalaciones de ensayo, incluyendo todos sus componentes será al menos
de 25 años.
6.1 PLATAFORMA DE ENSAYOS DE SEGUIMIENTO ACIMUTAL
6.1.1 Plataforma giratoria
La plataforma con seguimiento acimutal controlada por ordenador, tendrá unas dimensiones
capaces de albergar los captadores de última generación con dimensiones de 24 m de largo y
7.5 m de apertura.
Esta plataforma será capaz de situar a un captador en la posición de ángulo de incidencia cero
a cualquier hora y cualquier día del año. Además, la plataforma será capaz de seguir al sol
manteniendo fija la posición relativa del captador respecto al vector solar, para cualquier
ángulo de incidencia comprendido entre 0 y 90 grados, con las limitaciones temporales
impuestas por la posición solar y el hecho de que la plataforma gira en acimut paralela o
formando un ángulo fijo con el plano horizontal. De esta forma resulta posible realizar un
gran número de ensayos que permitan caracterizar el comportamiento del captador a cualquier
ángulo de incidencia solar. Durante los ensayos de perdidas térmicas, la plataforma permite
situar el receptor en sombra pero manteniendo la apertura del captador orientada al cielo, lo
que permite realizar los ensayos de pérdidas térmicas de manera adecuada. El sistema de
seguimiento acimutal debe de tener una precisión mayor o igual a 0.1 grados.
La plataforma se ha concebido, ya que es una infraestructura de ensayo, desde una perspectiva
de versatilidad, por lo que incorporará un sistema de seguimiento en elevación que puede
acoplarse a los módulos de los captadores en caso de que estos no estén provistos de uno.
Dicho sistema de seguimiento debe tener una precisión de 0.08 grados con una resolución de
medida de 0.04 grados.
Adicionalmente la plataforma tendrá dos posiciones con respecto al suelo, horizontal y
formando un ángulo igual a la latitud del emplazamiento. Dichas posiciones, y opcionalmente
posiciones intermedias, se mantendrán fijas durante el ensayo de los captadores donde la
plataforma sí girará con seguimiento acimutal.
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La plataforma de seguimiento acimutal que se propone consta, de los siguientes elementos
principales:
Bastidor de apoyo y transmisión del movimiento de giro acimutal. Los esfuerzos a la
cimentación se transmitirán en un eje central o solución equivalente, más apoyos exteriores
rodantes si se consideran necesarios.
Plataforma de perfilería metálica para soportación de los captadores y elementos auxiliares
como seguidor en elevación auxiliar
Sistema de giro, incluyendo rodamientos, sistema de engranajes y motorreductores.
La plataforma se realizará en perfilaría de acero estructural, laminado en caliente y
galvanizadas en caliente por inmersión para protección por corrosión ambiental. El espesor de
galvanizado estará conforme a las normativas UNE vigentes y de aplicación, de forma que la
vida útil del equipo sea mayor de 25 años y considerando un ambiente correspondientes a la
categoría C4 (corrosión elevada) según normativa UNE EN ISO 14713.
En la parte superior se dispondrá de guías para soportación del captador a ensayar y los
elementos auxiliares.
El eje de giro tendrá zona para paso de cables de alimentación a motores e instrumentación,
así como paso de tuberías de alimentación y retorno del fluido térmico al captador de pruebas.
El ofertante puede presentar cualquier solución mecánica que mejore la operatividad del
sistema, como es la ubicación de los elementos de los lazos hidráulicos en la propia
plataforma para evitar conexiones flexibles o juntas rotativas en las uniones.
La presión del fluido térmico estará por encima de la presión de vapor a la temperatura
máxima de trabajo, no obstante en el diseño se pondrá especial atención en el cumplimiento
de la normativa Atex, en tanto que para permitir el giro del captador serán necesarias uniones
no soldadas.
Todas las piezas móviles tendrán la protección adecuada de forma que no sean accesibles para
los operadores.
A continuación se indican en la Tabla 1 y Figura 1 los principales parámetros físicos
correspondientes a los captadores solares de primera generación, actualmente instalados en la
mayor parte de las plantas comerciales de dicha tecnología, con objeto de que se extrapolen,
para el dimensionamiento de la plataforma de ensayos solicitada.
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Tabla 1. Dimensiones y pesos máximos de los captadores
Parámetro
Longitud del plano de apertura (m)
15
Anchura del plano de apertura (m)
6
Centro de gravedad aproximado, c (Altura en m)
3.5
Altura máxima, h (m) 6.5
Peso (kg) 2.500
Anchura máxima, d ( m) 6.5
Figura 1. Esquema tipo de captadores a ensayar
Se debe de tener en cuenta que al ser una plataforma de ensayos de diferentes captadores
CCP, los equipos deben de ser lo más versátiles posibles. Los parámetros anteriores se indican
a modo de ejemplo, siendo el tamaño máximo de captador a ensayar como se ha indicado de
24m x 7.5 m.
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La velocidad de viento para diseño serán las siguientes:
Velocidad máxima de viento para la cual la plataforma cumplirá con las prestaciones
garantizadas: 15 m/s.
Velocidad máxima de viento para diseño mecánico: 40 m/s.
El suministrador debe de entregar con la propuesta técnica la velocidad de giro máxima en
modalidad de ensayo y las franjas horarias en función del ángulo de incidencia establecido
dentro de las cuales es posible realizar los ensayos. Los resultados se deben de entregar para
las dos posiciones extremas de la plataforma, horizontal al suelo y formando un ángulo
máximo igual a la latitud.
La plataforma mediante una velocidad de giro en modo no ensayo debe de poder situarse en la
posición requerida por el operador, considerando tiempos razonables del orden de minutos.
6.1.2 Lazo hidráulico de fluido térmico
El lazo de fluido a instalar tendrá como finalidad la obtención de la curva de rendimiento
térmico del módulo del captador, a partir del incremento de energía térmica en el fluido de
transferencia, por lo que las prestaciones especificadas serán un requisito imprescindible para
el suministro. La finalidad del lazo es aportar al captador bajo ensayo, un caudal de fluido
térmico a una temperatura fija, especificados ambos como valores de consigna para
realización del ensayo.
El lazo de fluido térmico tendrá como funcionalidad añadida el envejecimiento acelerado de
tubos receptores mediante choques térmicos (ciclos continuados de calentamiento
/enfriamiento del fluido térmico a través de los receptores con un salto térmico de 100ºC )
simulando las condiciones de enfoque/desenfoque del captador CCP.
Para ello el circuito de fluido térmico estará formado por los siguientes componentes
principales:
Fluido de transferencia térmica.
Es el fluido calor-portador que recibirá la energía solar transferida en el captador bajo ensayo.
La elección del fluido se deja a criterio del suministrador, y debe de tener en cuenta que el
banco de ensayo debe poder operar a la intemperie con un fluido en estado líquido, evitando
la cristalización del fluido en el rango de temperaturas de operación del lazo (de 55ºC a
400ºC). La temperatura ambiente mínima a considerar será de -20ºC.
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Se incluirá el sistema de traceado eléctrico o equivalente en caso de que sea necesario y en
función de las propiedades del fluido térmico ofertado.
Bomba de recirculación.
La presión máxima de trabajo del lazo de fluido, dependerá del fluido térmico utilizado. En
todo caso será mayor que la presión de vapor a la temperatura máxima de trabajo, 400ºC de
forma que no se creen vapores y en su caso atmósferas explosivas en el interior del circuito.
El caudal de consigna del fluido térmico de trabajo estará dentro del rango 0.25 kg/s a 10
kg/s.
Para el cálculo de dimensiones de tuberías y perdidas de carga debe de tenerse en cuenta que
el módulo de captador cilindro parabólico a ensayar tendrá dimensiones variables, debiendo
ser la instalación lo más versátil posible. La conexión entre el captador y el lazo de fluido se
realizará con mangueras flexibles o juntas rotativas a elección del suministrador siendo la
seguridad requisito prioritario para el diseño.
La bomba será tipo centrífuga, preferiblemente homologada como bomba de proceso según
normativa ISO 5199.
Para selección de la bomba se tendrán en cuenta los siguientes criterios de dimensionamiento:
el caudal máximo de funcionamiento de la bomba será al menos un 20% mayor al caudal
máximo de operación y el tamaño del impulsor en ningún caso será el mayor de la serie
propuesta. La bomba deberá soportar las condiciones de presión y temperatura máximas de
operación del fluido térmico utilizado.
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Caldera eléctrica.
La temperatura de consigna del fluido térmico a la entrada al captador, para la operación del
banco de ensayo estará entre 55ºC y 400ºC. La temperatura de consigna se alcanzará mediante
un sistema de calentamiento basado en una caldera eléctrica con una potencia eléctrica mayor
o igual a 50kW. El sistema de calentamiento debe ser capaz de llevar el caudal másico de
consigna hasta la temperatura de consigna en 1 hora y mantener la estabilidad de temperatura
durante el periodo de pre-acondicionamiento del ensayo (15 minutos) más el periodo de
estado estacionario del ensayo (10 minutos). El caudal de consigna del fluido térmico estará
dentro del rango 0.25 kg/s a 10 kg/s. El sistema de calentamiento deberá ser capaz de
proporcionar un salto térmico de 100ºC en 10 minutos para la realización del ensayo de
choques térmicos.
Aero-refrigerante.
El lazo de fluido térmico debe disponer de un sistema de refrigeración del mismo a la salida
del captador cilindro-parabólico bajo ensayo, de tal manera que elimine la energía solar
transferida al fluido térmico al circular por éste. La potencia térmica máxima del captador
solar cilindro-parabólico bajo ensayo será de 150 KW a 1000W/m2 de radiación solar
incidente. Este sistema intervendrá igualmente en el control de temperatura definido en el
aparatado anterior. El sistema de refrigeración deberá ser capaz de enfriar 100ºC en 10
minutos para la realización del ensayo de choques térmicos.
Depósito de expansión.
Es necesario un depósito de expansión, que absorba los cambios de volumen del fluido
térmico en función de la temperatura y equipado con un sistema de inertización de nitrógeno
que evite que el fluido térmico entre en contacto con el aire.
El volumen del vaso de expansión vendrá determinado por el contenido de fluido en todo el
sistema incluyendo el captador. Al volumen del tubo absorbedor (19, en el esquema de
principio) se le añadirá los volúmenes correspondientes a las tuberías del lazo de fluido
térmico más los depósitos auxiliares, en caso de ser necesarios, para garantizar la estabilidad
de caudal y temperatura del lazo (3 y 4, en el esquema de principio).
El depósito se diseñara conforme a un código de reconocido prestigio, como son los códigos,
EN-13445, ASME o AD-Merkbletter.
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El tanque irá previsto de las tubuladuras necesarias para el fluido así como instrumentación,
incluyendo entrada de nitrógeno y transmisores de presión y nivel.
Depósito de vaciado y llenado.
El lazo de fluido térmico incorporará un depósito de vaciado y recogida del mismos. Además
incorporará un sistema de llenado integrado por una bomba con los elementos auxiliares de
señalización y de control pertinentes.
Se requerirá un sistema de vaciado del fluido térmico contenido en el captador solar, una vez
ensayado. Este vaciado se realizará mediante la inyección de nitrógeno en la entrada del
captador ensayado y se conducirá la salida del captador al depósito de recogida de fluido
térmico.
El tanque irá previsto de las tubuladuras necesarias para el fluido así como instrumentación,
incluyendo transmisor de nivel y temperatura.
Aislamiento térmico.
El aislamiento térmico de las tuberías y valvulería del lazo de fluido se realizará con material
aislante para altas temperaturas de baja higroscopicidad estará protegido contra la radiación
UV y deberá minimizar las perdidas térmicas del lazo.
En la Figura 2 se incluye el esquema de principio simplificado del lazo de fluido térmico.
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1- Captador cilindro-parabólico a ensayar 2- Sensor de temperatura salida (ts) 3- Sistema de refrigeración y control de temperatura 4- Sistema de calentamiento y control de temperatura (caldera eléctrica) 5- Valvulería de seguridad 6- Sistema de llenado 7- Depósito de recogida de fluido térmico 8- Depósito de expansión y sistema de inertización de N2 9- bomba de recirculación del lazo 10- Sistema de regulación del caudal 11- Filtros 12- Caudalímetro másico 13- Bypass 14- Regulador secundario de temperatura 15- Sensor de temperatura entrada (te) 16- Tubería aislada plataforma de ensayo 17- Sistema de purga, vaciado y recogida de fluido térmico mediante N2 18- Visor 19- Tubo receptor del captador cilindro-parabólico a ensayar
Figura 2. Esquema simplificado lazo de fluido térmico
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Sistema de Control
Para un correcto funcionamiento del movimiento de la plataforma manteniendo el ángulo de
incidencia especificado, se instalarán sensores de la posición solar que formarán parte junto
con los algoritmos desarrollados por el fabricante del bucle de control.
El sistema de control, tendrá como mínimo los siguientes parámetros de entrada a determinar
por el operador:
Ángulo de incidencia a mantener en el CCP. Ángulo que se desea mantener entre el vector
solar y el plano para la realización de un ensayo.
Posición de la plataforma: ángulo acimutal.
Posición del seguidor: ángulo de elevación.
Como alarma para posicionar el captador en posición reposo recibirá una señal digital de
alarma por muy alta velocidad del viento (15 m/s). El valor de consigna de las alarmas será en
cualquier caso configurable.
Sistema de control de la temperatura y del caudal másico
Los valores de consigna para la temperatura y caudal másico del lazo de fluido deberán
poder controlarse de forma centralizada y se basarán en un control tipo PID. El sistema
de control debe actuar sobre los sistemas de calentamiento/refrigeración y regulación del
caudal másico (3, 4 y 10, en el esquema de principio) para conseguir la estabilidad de
consignas requerida para el ensayo de choques térmicos. El sistema será capaz de
funcionar de forma autónoma y programable en función de: la temperatura del fluido,
pendientes de calentamiento/enfriamiento (100ºC/10min.), la duración de los ciclos y el
número de ciclos a realizar.
Rango de caudales y estabilidad
El caudal másico de consigna estará comprendido en el rango de 0,25 kg/s hasta 10 kg/s.
En este rango de caudales másicos debe conseguirse una estabilidad de caudal elevada,
permitiendo sólo una variación del 1% respecto al valor de consigna. La estabilidad de
caudal se conseguirá mediante un sistema de control que permita fijar el caudal másico de
ensayo independientemente de la temperatura del fluido térmico, por ejemplo mediante la
actuación proporcional sobre una válvula motorizada a partir de la señal de un
caudalímetro másico, o sistema equivalente.
Estabilidad de temperatura a la entrada del captador
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El lazo de fluido debe disponer de un sistema de control de la temperatura que garantice
una estabilidad de 0,1ºC respecto al valor de consigna, a la entrada del captador a
ensayar. Se debe usar un regulador secundario de temperatura para ajustar la temperatura
del fluido justo antes de entrar al captador.
Período de ensayo estacionario
El período de ensayo para un punto de datos en estado estacionario debe de incluir un período
de pre-acondicionamiento de al menos 4 veces la constante de tiempo del captador si se
conoce, o no menos de 15 min si se desconoce, con la correcta temperatura del fluido a la
entrada, seguido por un periodo de medida en estado estacionario de al menos 4 veces la
constante de tiempo del captador si se conoce, o no menos de 10 min si se desconoce.
Se considera que un captador ha estado operando en condiciones de estado estacionario sobre
un periodo de medida dado si ninguno de los parámetros experimentales se desvía de sus
valores medios sobre el periodo de medida en mas de los límites establecidos en la siguiente
tabla. Para establecer que existe un estado estacionario, deben de compararse los valores
medios de cada parámetro tomados sobre períodos sucesivos de 30s con el valor medio sobre
el periodo de medida.
Parámetro Desviación permitida del valor
medio Irradiancia solar ( global) de ensayo +/- 50 W/m2 Temperatura del aire circundante ( al interior) +/- 1 ºC Temperatura del aire circundante ( al exterior) +/- 1.5 ºC Caudal másico del fluido +/-1% Temperatura del fluido a la entrada del captador
+/- 0.1 ºC
6.1.3 Lazo hidráulico de agua
Adicionalmente al lazo de fluido térmico se incluirá un lazo con agua a presión, para los
ensayos de determinación del rendimiento óptico y modificador del ángulo de incidencia, de
captadores de concentración con seguimiento de menores dimensiones, generalmente, usados
para calentamiento de agua en aplicaciones industriales. En el caso de que el fluido térmico
elegido para el lazo no pueda trabajar a temperatura ambiente donde se puedan despreciar las
perdidas térmicas, se deberá dimensionar este circuito para captadores CCP de alta
temperatura y tercera generación. En este capítulo se indican las capacidades requeridas para
captadores de calor de proceso.
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El lazo de agua consistirá en una máquina capaz de generar y regular la temperatura y el
caudal del agua que circula a través de un circuito cerrado conectado al captador solar el cual
está sometido a radiación solar y ensayo. Se pretende que para un rango de temperaturas entre
15 ºC y 250 ºC y un rango de caudales volumétricos de trabajo entre 10 y 2000 l/h, el sistema
sea capaz de mantener una estabilidad menor de ± 0,1ºC en temperatura y menor de ± 1% en
caudal y soportar una presión máxima de 25 bar para mantener el agua en estado líquido a
250ºC.
Para ello deben existir los siguientes circuitos:
Circuito de llenado.
El sistema debe estar provisto de un depósito en el cual se verterá el fluido calor-portador de
trabajo. Este fluido puede ser agua o agua con glycol. Este fluido se hará circular
posteriormente sobre el circuito primario y secundario. Para ello se debe asegurar que el
circuito primario está completamente vacío y así evitar mezclar el fluido con restos de fluidos
anteriormente utilizados en el sistema.
Circuito primario
Este circuito estará conectado al captador solar. Este circuito será llenado y purgado con el
fluido caloportador del ensayo. Se hará circular el fluido con una bomba a una temperatura de
entrada y un caudal definidos previamente. La temperatura de salida será refrigerada para
conseguir de nuevo la temperatura de entrada del ensayo. Este circuito se compone de
bomba, válvula de regulación y caudalímetro electromagnético. Las condiciones máximas de
operación que debe soportar este circuito y sus elementos serán 25 bar de presión y 250ºC de
temperatura.
Circuito de refrigeración
Por este circuito se hará circular agua a una temperatura pre-establecida con el fin de reducir
la temperatura de salida del fluido caloportador en el captador. Para ello se utilizarán un
intercambiador y una válvula de regulación. Para una temperatura de trabajo ambiente, el
circuito debe ser capaz de alcanzar temperaturas refrigeración por debajo de la temperatura
ambiente. La potencia de refrigeración mínima para el equipo de frío será de 35 kW.
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Circuito de calentamiento o secundario
Este circuito se utiliza con el fin de conseguir temperaturas de trabajo de hasta 250 ºC. Se
propone la instalación de un depósito equipado con resistencia eléctrica que a través de una
bomba, una electroválvula de regulación y un intercambiador de calor debe conseguir la
temperatura de entrada deseada con la estabilidad definida. La potencia de calentamiento
necesaria será como mínimo de 20 kW, dividida en dos módulos de 10 kW.
Bancada para el lazo hidráulico de agua.
Todos los componentes necesarios del lazo hidráulico de agua a presión deben ubicarse
dentro de una estructura metálica tipo bancada o SKID para permitir su transporte. Por lo
tanto los circuitos deberán tener las tomas pertinentes para los suministros de agua,
electricidad u otros necesarios para el buen funcionamiento del lazo en cualquier ubicación de
ensayo.
Sistema de control
Todos estos circuitos serán controlados desde el sistema de control desde el cual se definirán
la temperatura de entrada al captador, la temperatura de enfriamiento, la temperatura de
calentamiento del depósito y el caudal del fluido caloportador. La aplicación de control se
debe poder ejecutar independientemente de la aplicación de control de la plataforma de
ensayo, aunque se debe suministrar información sobre la posición relativa entre el sol y el
captador bajo ensayo.
La presión de trabajo de todos los circuitos será controlada mediante manómetros. El
caudalímetro debe tener una precisión del 0,5% del valor medido, como mínimo.
En la figura 3 se muestra un ejemplo de configuración de ensayo para el ensayo de captadores
solares que emplean agua como fluido de transferencia de calor.
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Leyenda
1 Sensor de temperatura de aire circundante
2 Sensor de temperatura (tc)
3 Purgador de aire
4 Tubería aislada
5 Captador solar
6 Calentador/enfriador de control de temperatura primario
7 Manómetro
8 Válvula de seguridad
9 Vaso de expansión
10 Bomba
11 Válvula de bypass
12 Válvula reguladora de caudal
13 Filtro (200 m)
14 Visor de cristal
15 Caudalímetro
16 Regulador secundario de temperatura
17 Generador de viento artificial
18 Sensor de temperatura (tin)
19 Pirgeómetro
20 Piranómetro
21 Anemómetro
Figura 3. Ejemplo de configuración de un lazo de ensayo de agua
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Fluido de transferencia de calor. El fluido de transferencia de calor usado para el ensayo del
captador será agua o un fluido recomendado por el fabricante del captador. Algunos fluidos
pueden necesitar ser cambiados periódicamente para asegurar que sus propiedades se
mantienen bien definidas.
Circuito hidráulico y conexiones. En general se deben minimizar las longitudes de tuberías.
En particular, debe minimizarse la longitud de tubería entre la salida del regulador de
temperatura del fluido y la entrada del captador, para reducir los efectos del ambiente en la
temperatura de entrada del fluido.
Esta sección de tubería debe estar aislada para minimizar las pérdidas térmicas y protegida
con una cubierta reflectora resistente al ambiente y a la radiación solar. El circuito hidráulico
entre los puntos de sensores de temperatura y el captador (entrada y salida) deben estar
protegidos con aislamiento y cubierta reflectora (para medidas al exterior también resistentes
al ambiente) hasta más allá de las posiciones de los sensores de temperatura, de forma que la
ganancia o pérdida de temperatura calculada a lo largo de cada porción de tubería no exceda
de 0,01 ºC bajo condiciones de ensayo.
Para este propósito es conveniente un caudalímetro que disponga de una, indicación visual
independiente del caudal (tipo mirilla).
Bomba y dispositivos de control de caudal. Se debe ubicar la bomba de fluido en el bucle
de ensayo del captador en una posición tal que el calor que disipa en el fluido no afecte ni al
control de la temperatura de entrada al captador ni a las medidas del aumento de la
temperatura del fluido a través del captador. Se añadirán los dispositivos de regulación de
caudal adecuados, ya sea mediante válvulas de control o variador de frecuencia para
estabilizar el caudal másico. La bomba deberá soportar las condiciones de presión y
temperatura máximas de operación del fluido térmico utilizado en el circuito primario.
La bomba y el regulador de caudal deben ser capaces de mantener el caudal másico o
volumétrico a través del captador estable en 1% a pesar de las variaciones de temperatura, a
cualquier temperatura de entrada elegida en el rango de operación.
Regulación de temperatura del fluido de transferencia de calor. El bucle de ensayos del
captador debe ser capaz de mantener una temperatura de entrada al captador constante a
cualquier nivel de temperatura elegido entre el rango de operación. Dado que la tasa de
captación de energía del captador se deduce midiendo valores instantáneos de las
temperaturas de entrada y salida del fluido, ocurre que pequeñas variaciones en la temperatura
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de entrada podrían conducir a errores en la tasa de captación de energía deducida. Es
particularmente importante evitar cualquier deriva en la temperatura de entrada al captador.
Los bucles de ensayo pueden contener dos etapas de control de la temperatura del fluido a la
entrada, como se muestra en la figura 3. No se debería usar este regulador secundario
habitualmente para ajustar la temperatura del fluido en más de 2 ºC.
6.1.4 Otros requisitos de instrumentación y control
El suministro de la infraestructura incluirá todos los instrumentos y accionamientos para una
operación segura y correcta del sistema, incluyendo válvulas de seguridad y alivio de los
circuitos de fluido térmico y agua necesarios. Todos los sistemas se construirán de forma que
en caso de fallo eléctrico o neumático queden en una posición segura. Así mismo el sistema
incluirá el PLC de control con un 20 % de entradas equipadas.
En ningún caso se compartirán bandejas, conductos ni cajas de conexión para señales de
instrumentación con cables de alimentación de potencia.
Todos los instrumentos serán suministrados calibrados y con su correspondiente certificado
de calibración. La comprobación de los rangos calibrados con lo indicado en las hojas de
datos y el ajuste final si procede será realizado en campo durante el montaje y fase de puesta
en servicio de la instalación.
Todos los instrumentos y equipos en general llevarán serán dotados en fábrica de una placa de
acero inoxidable que llevará grabada la identificación según sistema de identificación del
proyecto.
Los instrumentos se seleccionarán de forma que en general la medida normal de la variable
esté comprendida entre el 50% y 75%. del valor superior del rango de medida del
instrumento.
Aquellas medidas previstas para protección del sistema y que sean de especial relevancia
para su funcionamiento se realizarán mediante sensores redundantes.
Los cables de alimentación eléctrica y señal de los instrumentos se protegerán mediante
“conduit” y tubo flexible en todo su recorrido desde el instrumento hasta las cajas de
centralización de señales.
Los instrumentos se instalarán en zonas de riesgo limitado de fugas, con acceso fácil y visible,
lo más cerca posible de la toma de medida.
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Los cuadros eléctricos, cajas e instrumentos estarán fabricados para protección IP65 de
acuerdo a normas IEC. Serán igualmente resistentes a alta humedad ambiental.
6.1.5 Requisitos eléctricos
La instalación eléctrica estará formada por los cuadros de distribución, motores y
consumidores finales, con sus correspondientes dispositivos de protección y control,
conductores eléctricos de interconexión, bandejas y canalizaciones, así como la puesta a
tierra de las instalaciones. Igualmente se incluirán los dispositivos necesarios, batería y
circuitos de control, para llevar la instalación a posición segura en caso de fallo eléctrico.
Cuadro eléctricos
Los cuadros de baja tensión estarán diseñados para una tensión de 500 V y cumplirá con la
UNE-EN-60439. Los interruptores serán de caja moldeada con protección magneto térmica
suficiente poder de corte. Tendrán contactos auxiliares para señalización remota de disparo y
posición.
Los interruptores serán manuales, con mecanismo de cierre y apertura rápido y disparo libre.
Los paneles será de protección IP41 para interior y IP65 para intemperie.
Motores eléctricos
Los motores cumplirán con la normativa IEC 34.
Los motores en general serán de corriente alterna, de inducción con rotor en jaula de ardilla,
refrigerados por aire y arranque directo. Tendrán un aislamiento clase F o superior, pero con
calentamiento limitado correspondiente a clase B. Se dimensionarán para servicio en continuo
de acuerdo a normativa IEC34.
Los motores podrán funcionar con variaciones de tensión de +/-10% y de frecuencia +/-5% ,
sin que la suma en los valores absolutos de las variaciones simultaneas exceda el 10%.
Los motores mayores de 11kW deben de ir provistos de resistencias de caldeo, que eviten
condensaciones de humedad.
Las carcasas y cajas de bornas deben de tener como mínimo protección IP55. Ambos llevarán
terminales para conexión de puesta a tierra.
Aquellos motores de especial importancia para seguridad del sistema llevarán incorporados
una “seta” de emergencia.
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Cables y canalizaciones
Los cables serán no propagadores de llama según IEC 332.1, y IEC 332.3. Serán de
conductores flexibles clase 5 de acuerdo a IEC 228. La caída máxima de tensión permitida
para su diseño será del 2%, así mismo se tomarán para el dimensionamiento los factores de
corrección de temperatura, tipo de instalación y número de capas.
Todos los cables instalados se diseñarán para una temperatura máxima de servicio de 90ºC.
De acuerdo con la clasificación de áreas y normativa Atex se instalarán cables armados en
aquellas zonas que lo requieran.
Se utilizarán bandejas diferenciadas para los cables de potencia e instrumentación y control.
Las bandejas serán de acero galvanizado y tipo escalera. Los conduits serán electro-
galvanizados exterior e interiormente, y se utilizarán como elemento de protección de los
cables en las salidas de los mismos en cimentaciones.
Los cables de unión de los diferentes sistemas se llevaran enterrados siempre que sea posible
con el objeto de no limitar el paso de vehículos de transporte y descarga de los captadores a
ensayar.
6.2 SISTEMA DE CARACTERIZACIÓN ÓPTICA
El objeto de esta infraestructura es la caracterización óptica y estructural de los captadores en
análisis, que permitan evaluar la calidad óptica y geométrica del elemento analizado.
La técnica considerada para la evaluación de la calidad óptica-estructural es la fotogrametría,
y en el presente apartado del documento se determinarán las especificaciones técnicas que se
le ha de exigir a este sistema para ser capaz de evaluar los captadores con la suficiente
precisión.
La precisión garantizada por el conjunto global de la infraestructura del sistema de
caracterización óptica, lo que incluye el sistema de adquisición así como el post-proceso de
los datos, debe de ser de al menos +/- 0.2mm
6.2.1 Requerimientos del sistema de adquisición
El sistema de adquisición de imágenes tendrá que cumplir con una serie de reglas
fotográficas:
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Se utilizarán al menos 6 cámaras fotográficas digitales (recomendable utilizar cámara
réflex DSLR Digital Single Lens Reflex) para la adquisición de fotografías. La resolución
mínima necesaria de la cámara dependerá de las características de la infraestructura, pero
un número inferior a 10 MPx se considera escaso.
Las cámaras utilizadas para la toma de imágenes han de encontrarse perfectamente
calibradas para corregir las imperfecciones de las imágenes debidas a las distorsiones
ópticas de la lente.
Es recomendable la utilización de un sistema con sensor de tipo CCD debido a su mayor
linealidad de su procesado digital de datos en respuesta a la luz incidente.
La geometría interna de la máquina se debe mantener constante durante el procesado:
- Esto implica el uso de ópticas fijas o usar posiciones límite de medición.
- La máquina debe contar con un sistema de reglado del enfoque fijo: se debe
mantener la distancia de enfoque constante durante el procesado. Es recomendable,
en los casos en los que esto sea posible, utilizar el enfoque fijo al infinito.
Las cámaras tienen que contar con un sistema de trípode o de fijación estable para la
obtención de imágenes nítidas.
El formato del sistema de adquisición ha de ser estable y con tamaño de sensor grande
tipo Full Frame
- La resolución de la máquina ha de ser elevada. El valor de la resolución mínimo
necesario se deberá determinar a partir de la configuración de la infraestructura, así
como del tipo y tamaño de las dianas utilizadas. Con la combinación del tipo de diana
y la cámara, en ningún caso se han de ver las dianas o targets en la imagen adquirida
con un tamaño menor que 8Px, para el caso de dots no codificados, siendo
recomendable no pasar de 10Px. En el caso de dots codificados la medida del anillo
codificado dependerá del tipo de codificación utilizada, siendo recomendable un
tamaño mínimo de 27Px en caso de dianas de 8, 10 o 12 bits, y de 40Px en caso de
codificación de dianas de tipo RAD.
- La máquina ha de contar con baja sensibilidad de película (ISO), recomendable un
valor mínimo de entre 100 y 200. Un valor bajo de ISO permite obtener imágenes de
mayor calidad ya que se elimina ruido de la imagen, reduciendo por lo tanto el
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granulado que en ocasiones se suele producir y que podría dificultar la detección de
las dianas.
- Es recomendable la utilización de un objetivo gran angular en lugar de un
teleobjetivo para cubrir el captador de medida. No obstante, esto deberá evaluarse
tras conocer el diseño final de la estructura, ya que el objeto de medida debería cubrir
al menos entre un 50% y un 80% de la superficie visible de la foto. En ningún caso se
recomienda utilizar un objetivo super gran angular o de tipo ojo de pez debido a las
grandes distorsiones que producen en las imágenes adquiridas.
- Se recomienda el uso de cámaras con sensor Full Frame (24 x 36 mm) en lugar de
cámaras con sensor con factor de multiplicación, debido a sus mejores propiedades
ópticas (generalmente menor ruido en las imágenes, mayor rango dinámico, etc.).
El sistema de adquisición de imágenes tendrá que cumplir con una serie de reglas
geométricas necesarias para el posterior procesado de datos de los puntos obtenidos para la
fotogrametría:
Correcta preparación de la información de control:
- Es necesario contar con al menos la información métrica de una distancia calibrada,
que permitirá dar escala a las medidas realizadas para su correcto post-procesado. Se
recomienda, no obstante, controlar las distancias entre más de dos puntos claramente
definidos y visibles de la instalación, que permitan comprobar los resultados del
análisis.
- También es recomendable, contar con una referencia absoluta o sistema de
coordenadas dentro de la infraestructura a partir de la cual poder dar la orientación al
proyecto de fotogrametría.
El sistema de adquisición de imágenes ha de ser capaz de rodear toda la superficie del
captador que se quiere evaluar. Es recomendable contar con un sistema de adquisición
que permita un buen solapamiento entre las imágenes tomadas (de aproximadamente un
50% de la imagen) y con ángulos entre las fotos de como mínimo 20º, siendo
recomendable conseguir ángulos de más de 60º.
6.2.2 Requerimientos del sistema de dianas
El sistema de dianas utilizado para llevar a cabo el procedimiento de la fotogrametría deberá
contar con las siguientes características:
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El tamaño de las dianas colocadas para el estudio debe cumplir con las restricciones
anteriormente citadas, en función de la cámara fotográfica elegida para el equipo: un
tamaño mínimo recomendable de 10Px para dianas tipo dot, de 27Px para dianas
codificadas de 8, 10 y 12 bits, y de 40Px para dianas codificadas de tipo RAD.
Se recomienda el uso de un material fácil de colocar y quitar para la instalación de las
dianas en el captador. Algunos de los materiales recomendados son:
- Sábanas de vinilo adhesivo o electrostático con dianas negras impresas sobre vinilo
blanco.
- Dianas individuales de papel satinado: dianas negras sobre fondo blanco, o dianas
blancas sobre fondo negro.
- Papel retro-reflectivo adhesivo: este tipo de dianas puede facilitar la visión de los
targets en lugares poco iluminados, pero con buena iluminación artificial y a
distancias cortas pueden provocar halos y sobreexposiciones en las fotografías.
- La infraestructura diseñada para la caracterización óptica-estructural debe permitir
la fácil manipulación y colocación de las dianas en el captador, así como el acceso de
un elevador en el caso que sea necesario para la colocación de dianas en las zonas
más altas del captador, inaccesibles sin ayuda externa desde el suelo.
6.3 SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN Y ADQUISICIÓN DE DATOS PARA ELABORACIÓN DE ENSAYOS
La instrumentación y el sistema de adquisición y tratamiento de datos, de las señales que
propiamente intervienen en la elaboración de ensayos serán específicos y no compartirán
equipos con el sistema de control de las infraestructuras el cual permitirá el control y
mantenimiento de los parámetros necesarios para la realización de los ensayos, como es el
movimiento de plataforma, mantenimiento de temperatura y caudal de los lazos hidráulicos,
etc. Forman parte de este sistema los siguientes instrumentos y equipos.
6.3.1 Estación radiométrica y de medida de variables meteorológicas
La infraestructura estará dotada con una estación radiométrica para medir los siguientes
parámetros:
1 anemómetro para medir la velocidad de viento en la apertura del captador
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1 sensor de dirección de viento para dirección del viento en la apertura del captador
1 piranómetro para medir la radiación solar global en la apertura del captador
1 piranómetro con dispositivo de sombra para medir la radiación solar difusa en la apertura del
captador, solidario al seguidor.
1 pirheliometro para medir la radiación solar directa con su propio seguidor
1 pirgeómetro para medir la radiación térmica recibida por el captador
1 sensor de temperatura ambiente
Las magnitudes radiométricas se realizarán con instrumentos de medida de clase I o superior
de acuerdo a la norma ISO 9060. Los instrumentos deben proveerse con algún sistema
especial para prevenir la acumulación de humedad que pueda condensarse en superficies del
instrumento y afectar su lectura. Se recomienda la utilización de productos desecadores que
puedan inspeccionarse regularmente. El rendimiento térmico de algunos captadores puede ser
particularmente sensible a los niveles de radiación térmica relativa, por lo que se medirá
también dicho parámetro mediante un pirgeómetro.
El montaje de los equipos se realizará teniendo en cuenta las recomendaciones de la
Organización Mundial de Meteorología. Entre otros se tendrá en cuenta los siguientes
aspectos:
No debe obstruirse más del 5% del campo de visión.
Se deben evitar edificios o grandes elementos que subtiendan un ángulo mayor de
aproximadamente 15° sobre la horizontal.
Se deben evitar reflectancias procedentes de grandes extensiones de cristal, metal o agua.
Los radiómetros (pirheliómetro, piranómetros (global y difusa) y pirgeómetro) serán
montados sobre un seguidor de dos ejes independiente del montaje del captador en la
plataforma de ensayos. Este seguidor consistirá en una plataforma de intemperie que sigue el
movimiento del sol de forma automática gracias al mecanismo de posicionamiento de acimut
y cenit, los cuales están controlados por un microprocesador integrado en el propio equipo. Se
considera que la precisión requerida para utilizarlo como equipo de referencia debe ser inferior
a 0,05°.
Los piranómetros (global y difusa) y el pirgeómetro serán montados en posición horizontal.
El pirheliómetro será montado en soporte específico para realizar mediciones en dos ejes
siguiendo la trayectoria del sol.
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La velocidad del aire circundante rara vez es constante y frecuentemente se producen ráfagas.
Se requiere, por lo tanto, la medida del promedio de la velocidad del aire durante el periodo
de ensayo. Se recomienda medir la velocidad del viento a la mitad de la altura del captador y
en sentido horizontal mediante un anémometro de cazoletas calibrado con una incertidumbre
típica inferior a ± 0,5 m/s en un intervalo de medida de 0 a 10 m/s.
La temperatura ambiente es otro parámetro a medir durante la realización de un ensayo de
rendimiento. Este tipo de sensores deben ser sombreados de la radiación solar directa y
reflejada mediante un protector blanco y bien ventilado. Este sensor se montará a la mitad de
la altura del captador y a mas de un metro del suelo asegurando de esta forma que se elimina
la influencia del calentamiento del terreno. Este parámetro se medirá con un sensor específico
para intemperie calibrado con una incertidumbre típica inferior a ± 0,5 ºC en el rango de
temperaturas 0 – 50 ºC.
6.3.2 Instrumentación infraestructura de giro acimutal.
Angulo de incidencia.
Se medirán los ángulos de seguimiento en elevación del captador y en acimut de la plataforma
mediante un potenciómetro o encoder, según corresponda, con una precisión de ±0,1º. Se
almacenarán en un fichero de datos los cálculos de acimut y elevación solar junto con los
ángulos de seguimiento calculados del captador solar y las posiciones medidas.
Como herramienta visual de control se construirá un dispositivo con un puntero normal a una
superficie plana en la cual se marcan anillos concéntricos graduados. Se puede medir la
longitud de la sombra proyectada por el puntero para determinar el ángulo de incidencia. El
dispositivo debería ubicarse sobre la plataforma de ensayo.
Temperatura del fluido térmico.
Para la medida de las temperaturas de entrada y salida del fluido térmico se requiere utilizar
resistencias termométricas de platino Pt-100 a 4 hilos de clase A(1/10DIN). Esta calidad de
termorresistencias permiten derivas muy pequeñas en el tiempo con un nivel de exactitud muy
bueno. Se recomienda calibrar el lazo completo del lector más sensor de medición con una
incertidumbre típica inferior a ± 0,05 ºC en el rango de temperaturas 0 - 420 ºC y calibrar
simultáneamente los sensores de entrada y salida del captador.
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Caudal
Para la medida de esta magnitud se utilizarán instrumentos redundantes, caudalímetros
másicos calibrados con una incertidumbre típica inferior a ± 1 % del valor medido en el rango
de caudales 0,25 – 10 kg/s. Se utilizarán dos medidores redundantes a la salida del lazo.
6.3.3 Sistema de adquisición y tratamiento de datos.
El sistema de adquisición incluirá los siguientes elementos:
Tarjetas de lectura de señales. Se considerará un total de 80 canales de entrada o un 20% de
entradas equipada para señales de reserva, el número que sea mayor.
PLC con CPU redundante y batería de 2 horas de autonomía.
Software de aplicación para monitorización de señales.
Ordenador de monitorización y supervisión del ensayo. Monitor plano de 19”.
Impresora.
Las tarjetas lectoras del sistema de adquisición cumplirán con las siguientes especificaciones:
Tarjeta con 20 canales de adquisición como mínimo. Posibilidad de ampliar capacidad de
lectura conectando más tarjetas de igual cantidad de canales.
Cada canal tiene que ser configurable según el sensor a conectar:
- Termopar tipo J, K, S, T.
- Termorresistencia Pt-100 a 2, 3 y 4 hilos.
- Tensión 0 – 20 V.
- Corriente 4-20 mA.
Frecuencia de muestreo menor a 1s.
Resolución: 6,5 dígitos
Exactitud: < 1% del valor medido en cualquier tipo de señal.
Puertos: RS-232 y conexión Ethernet.
Sistema de lectura rápida y de forma automática de las imágenes tomadas con el sistema de
adquisición de la infraestructura de caracterización óptica (por ejemplo, mediante conexión
wifi entre las máquinas de adquisición y el ordenador).
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6.4 LÍMITES DE SUMINISTROS
La adecuación del terreno necesaria para la implantación de la plataforma se considera
incluida en el alcance, siendo necesario el desbroce, acondicionamiento del terreno, vallado
perimetral, etc..
Los equipos eléctricos, de control, sala de control y operación, etc., se ubicaran en un edificio
de tipo modular, que permita su desmontaje y posterior instalación en otro emplazamiento en
un futuro si fuese necesario. El edificio cumplirá las exigencias técnicas del CTE e incorporará
conceptos arquitectónicos bioclimáticos, concordantes con la filosofía del CTAER. Las
dimensiones serán las adecuadas para permitir el desarrollo del trabajo de al menos 2
operadores.
Alimentación eléctrica: Interruptor general del CGP (cuadro general de protección de
acometida).
Fluido térmico: Bridas para vaciado y llenado del sistema. En caso de ser necesario grupo
auxiliar de bombeo, estará incluido el mismo.
Nitrógeno: Brida de entrada al sistema de inertización. La válvula de control para regular la
presión del circuito estará incluida. El suministro se realizará mediante bombonas a presión.
Drenajes: Arqueta de aguas pluviales. Las aguas pluviales deberán reconducirse para seguir el
curso natural del terreno, se procurará evitar el estancamiento de agua dentro de los límites de
la zona de trabajo. Las aguas pluviales susceptibles de llevar contaminación, por ejemplo zona
del lazo de fluido térmico, serán conducidas y tratadas antes de su descarga. Los residuos
procedentes de la propia instalación serán conducidos a una arqueta o fosa para su posterior
eliminación por gestor autorizado.
7 CRITERIOS DE NEGOCIACIÓN
Durante el proceso de evaluación técnica de ofertas se valorará los siguientes criterios:
Robustez de la solución constructiva propuesta
Mejora de la precisión requerida para los ángulos de seguimiento.
Mejora de la precisión requerida para las variables de proceso, temperatura y caudal de los
lazos de fuido térmico y agua.
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Capacidad máxima de los circuitos hidráulicos, sistemas de refrigeración y calentamiento
auxiliar, tanto para la realización de ensayos de rendimiento del captador como para choques
térmicos.
Franjas horarias para la realización de ensayos, manteniendo cualquier ángulo de incidencia
especificado.
Posibilidad de posicionar el captador a ensayar en posiciones intermedias a las especificadas
en cuanto a inclinación.
Operatividad del sistema.
Interfaces de comunicación con los operadores
Solución constructiva del edificio de control
Solución diseñada para la caracterización óptica
DOCUMENTACIÓN
8 DOCUMENTACIÓN A ENTREGAR CON LA OFERTA
Memoria descriptiva del sistema propuesto.
Lista de excepciones y aclaraciones a la presente especificación técnica
Plano con dimensiones generales de los principales equipos
Hojas de datos de los principales equipos
Planificación de ejecución
Listado de pruebas en fabrica y en el emplazamiento
Plan de calidad
9 DOCUMENTACIÓN DE PROYECTO PARA INFORMACIÓN O APROBACIÓN
Las fechas de entrega de la siguiente documentación de proyecto se definirán al inicio del
mismo. La documentación a entregar para aprobación durante el desarrollo del proyecto
como mínimo será la siguiente:
Planificación incluyendo diseño, fabricación y montaje
Hojas de datos de equipos mecánicos
Hojas de datos de motores
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Planos de acondicionamiento del terreno y soportación de la plataforma
Planos de disposición de equipos
Planos del edificio modular para ubicación de equipos eléctricos y puesto de control.
Planos dimensionales de la plataforma
Planos de detalle constructivos de la plataforma y todos sus componentes
Diagramas de proceso e instrumentación, P&ID
Hojas de datos de instrumentos
Descripción funcional
Lista de entradas y salidas E/S al sistema de control
Programación del sistema de control
Lista de entradas y salidas E/S al sistema de adquisición de datos
Diagramas funcionales, lógicos y analógicos, donde se muestre la lógica requerida para el
control y protección de la plataforma.
Planos de cableados de alimentación, e instrumentación y control.
Planos de ruteado de tuberías.
Procedimiento para pruebas de prestaciones.
Manuales de operación y mantenimiento de todos los equipos e instrumentos
Dossier de calidad, incluyendo certificado de calidad de materiales, informe de ensayos, y
protocolos de pruebas cumplimentado.
EJECUCIÓN
10 CONDICIONES GENERALES
Se incluirá en el alcance de suministro, diseño, fabricación y montaje de todos los
componentes, incluyendo tuberías, válvulas auxiliares, pintura, aislamiento y todas las
pruebas y certificados necesarios para la legalización de la instalación. La adecuación del
terreno estará igualmente incluida.
El equipamiento en su conjunto y en cada una de sus partes se ejecutará con estricta sujeción
al presente Pliego de Prescripciones y a las normas y disposiciones legales que se citan.
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La relación de normativas a cumplir incluida en el pliego se considera enunciativa, pero no
limitativa.
11 ENSAYOS DE ACEPTACIÓN
El suministrador será responsable de la ejecución de las pruebas de prestaciones al final la
puesta en marcha de la instalación para verificación de las prestaciones garantizadas. Todos
los repuestos y consumibles para la fase de puesta en marcha estarán incluidos y deben de
estar disponibles de forma que la puesta en marcha se realice de acuerdo a la planificación
acordada.
Dentro de las pruebas de aceptación se llevará a cabo la realización de un ensayo sobre un
módulo comercial, siendo responsabilidad del contratista el acopio temporal de dicho módulo.
Este ensayo se realizará conjuntamente entre el personal del contratista y del cliente.
12 VALORES GARANTIZADOS
El sistema debe tener un periodo de garantía de dos años desde su inicio de explotación, una
vez superada las pruebas de prestaciones.
El máximo nivel de ruido a 1 metro deberá ser menor de 85dB.
En las pruebas de prestaciones se comprobarán los siguientes parámetros garantizados. Se
indican los valores mínimos requeridos, en cuanto a precisión y capacidad.
12.1.1 Plataforma giratoria
Seguimiento solar de la normal al plano de incidencia del captador solar.
Precisión de seguimiento azimutal: 0.1 º
Precisión de seguimiento en elevación: 0.08º
12.1.2 Lazo hidráulico de fluido térmico
En las pruebas de prestaciones se comprobarán los siguientes parámetros garantizados:
Rango del Caudal de consigna: 0.25 kg/s a 10 kg/s
Estabilidad del Caudal para todo el rango especificado: +/-1%
Rango de la Temperatura de consigna: 55 a 400 ºC
Estabilidad de la Temperatura para todo el rango especificado: +/- 0.1 ºC
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Capacidad de calentamiento del fluido térmico sin considerar aporte de energía solar y desde
temperatura ambiente: 1 hora para todo el rango de temperaturas y caudal de fluido térmico.
Capacidad de calentamiento / enfriamiento de un salto térmico de 100 ºC en 10 minutos para
el ensayo de choques térmicos.
12.1.3 Lazo hidráulico de Agua
En las pruebas de prestaciones se comprobarán los siguientes parámetros garantizados:
Rango del Caudal de consigna: 10 l/h a 2000l/h
Estabilidad del Caudal para todo el rango especificado: +/-1%
Rango de la Temperatura de consigna: 15 a 250 ºC
Estabilidad de la Temperatura para todo el rango especificado: +/- 0.1 ºC
Capacidad de calentamiento del agua a presión sin considerar aporte de energía solar y desde
temperatura ambiente: 1 hora para todo el rango de temperaturas y caudal.
Se verificará el conexionado rápido de los suministros necesarios para que el lazo hidráulico
de agua se pueda montar fácilmente en cualquier ubicación.
12.1.4 Infraestructura de caracterización óptica.
La precisión garantizada por el conjunto global de la infraestructura del sistema de
caracterización óptica, lo que incluye el sistema de adquisición así como el post-proceso de los
datos, debe de ser de al menos +/- 0.2mm
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ANEXO
El órgano de contratación de la Fundación CTAER en aras de salvaguardar el principio de
igualdad de trato y con el objetivo de conseguir la máxima concurrencia, ha acordado incluir
en el presente pliego de información técnica un DESGLOSE DE PRESUPUESTO
orientativo de la inversión en esta plataforma de ensayos.
La información se facilita a título ilustrativo y orientativo para los interesados, en ningún caso
tiene carácter vinculante. Las empresas podrán alterar tanto los precios expresados, como el
desglose de las partidas para ajustarlas a su solución propuesta.
Circuitos hidráulicos del banco de ensayos con seguimiento azimutal:
Circuito fluido térmico Circuito auxiliar suministro agua Valvulería control
250.000,00 €
Plataforma giratoria de seguimiento azimutal: Sistema elevación y giro azimutal Perfilería metálica Sistema seguimiento en elevación Control hidráulico Control eléctrico Sistema anclaje módulos Adecuación terrenos y soportación Armario control y mando PLC comunicaciones
400.000,00 €
Instrumentación medida de datos meteorológicos Anemómetro Sensor de dirección de viento Piranómetro Pirheliómetro Pirgeómetro Sensores
40.000,00 €
Sistema de control y adquisición de datos Sistema adquisición de datos Termopares Ordenadores de control y adquisición Cuadro de protecciones
110.000,00 €
Sistema caracterización óptico-estructural (fotogrametría)
Cámaras CCD para caracterización óptica (6) Trípodes y anclajes (6) Software fotogrametría y control de cámaras
70.000,00 €
TOTAL 870.000,00 €
