Modellazione di un impiato solare per la generazione diretta di vapore e ottimizzazione della strategia di controllo

Abstract

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[IT] L’obiettivo di questo lavoro consiste nello studio di un impianto solare a concentrazione per la generazione diretta di vapore con collettori lineari di tipo Fresnel per la produzione di calore di processo a media temperatura per un’industria brasiliana. Due approcci sono stati usati per identificare le condizioni di funzionamento in condizioni nominali e transitorie. La modellazione stazionaria, con una discretizzazione spaziale delle equazioni ordinarie, permette di caratterizzare i fenomeni fisici come le perdite di carico lineari e scambio termico e quindi determinare la distribuzione di temperatura e pressione lungo l’assorbitore solare. Inoltre, con questo modello si riesce a calcolare il tipo di flow pattern esistente all’interno dei collettori in cui si forma vapore. Lo studio del flow pattern è cruciale per evitare possibili condizioni sfavorevoli all’interno dell’assorbitore che permetterà di allungare la vita utile del sistema. Dato che questo parametro è difficilmente misurabile, servono modelli per individuarlo. Questo primo approccio è necessario nella fase di dimensionamento e di verifica delle diverse condizioni di funzionamento. Per quanto riguarda l’analisi dei transitori è stato sviluppato un modello dinamico dove viene calcolata la variazione del livello di liquido, la pressione del drum (serbatoio di acqua liquida-vapore) e la portata all’interno dell’assorbitore per determinate condizioni operative ritenute rappresentative. Questo modello ha permesso di identificare un’elevata variazione di tali grandezze durante le fasi di partenza e spegnimento dell’impianto. Questa variazione è dovuta ai cambiamenti della distribuzione di vapore all’interno del sistema e deve essere controllata. Il modello dinamico si basa sullo sviluppo dei bilanci massico ed energetico sia dei sottosistemi (drum e assorbitore), sia del sistema complessivo. Infine, l’ottimizzazione della strategia di controllo ha lo scopo di limitare la variazione di pressione all’interno del drum e in un secondo tempo controllare la variazione del livello nel drum per minimizzarne il volume.