Concentratori a profilo piano

[Stregatto]

Rieccomi, dopo un avventuroso viaggio a Madrid funestato dall'ira del dio Vulcano.
Considerando quanto fragile è la struttura della nostra società m'è tornato in mente il vecchio libro di Vacca "Medioevo prossimo venturo". Bloccate il sistema aereo e tutti i mezzi di trasporto terrestre vanno in crisi. Ho visto gente partire in torpedone per l'Italia del nord, 20 ore di viaggio; gente pagare migliaia di euro un taxi per arrivare a Parigi; scene di panico, perchè abbiamo tutti troppa fiducia nel buon funzionamento di una società tecnologica troppo complessa per non essere troppo fragile.

Comunque ho avuto il tempo di perfezionare lo studio di un semplice concentratore a specchi piani disposti a V, che con riflessioni multiple arrivano a concentrare il sole su un tubo disposto nel fondo della V, concentrandolo di un fattore superiore a 5, sufficiente per raggiungere temperature utili per la generazione di energia.
Il programmino in Fortran 77 è semplice e lo posso inviare a richiesta.

Un esempio: con 2 specchi piani inclinati sul piano solare di una pendenza 1:10 fra i quali si trova il tubo collettore con un diametro 10 volte inferiore all'apertura degli specchi si ha (tenendo conto del fatto che il tubo è curvo ed espone un po' più della metà della sua circonferenza) un fattore di concentrazione superiore a 6 (cioè 6000 Watt/m² di picco) con cui si raggiungono temperature massime di 300° (un po' meno se nel tubo passa un fluido che asporta la maggior parte del calore).

PS. Ho supposto, sbagliando, che il tubo sia aderente alle pareti degli specchi, il che può anche dare problemi meccanici. In realtà il tubo può essere anche più piccolo restando distaccato dagli specchi e realizzando rapporti di concentrazione superiori.
Appena mi rimetto dallo stress madrileno affronto il problema da questo punto di vista.
Comunque è evidente che già con degli economici specchi piani si possono ottenere risultati interessanti.

[Wilmorel]

Attendiamo schizzo esplicativo.
Ciao

Fortran77, come lo si fa girare?

[sunny life]

io la vedo cosi... non mi sembra che ne valga la pena...

[atomax]

concentratore a specchi piani disposti a V, che con riflessioni multiple arrivano a concentrare il sole su un tubo disposto nel fondo della V

Quant'è il diametro del tubo ricevitore in proporzione alla lunghezza di uno specchio?

Per la teoria di Huygens-Fresnel, dovrebbe essere esattamente come illustrato da sunny life.

[sunny life]

meglio cosi.... anche se è fatta con 8 strisce piane

[Stregatto]

Hai ragione. Ma devono essere strisce larghe non più del tubo collettore (meno quel po' di dispersione dei raggi solari) e devono essere almeno in numero uguale al fattore di concentrazione voluto.
Poi possono essere disposte in cerchio o in piano, non conta molto. Realizzarle su un piano, tipo specchio di Fresnel, dovrebbe facilitare la costruzione. (Una superficie a scalini in materiale sintetico alluminato, magari coperta di uno strato trasparente per evitare l'ossidazione, non dovrebbe costare molto)
E se sono tutte disposte da una stessa parte del tubo, l'altra parte si può isolare o schermare con uno schermo riflettente in modo da aumentare il fattore di concentrazione.

[Stregatto]

Vorrei approfondire il punto precedente.
Usando un concentratore piano (più semplice da stampare da una matrice sintetica) del tipo Fresnel, i valori di concentrazione raggiungibili possono essere anche molto alti, se le sfaccettature dello specchio sono strette.
Il solo limite è dato dal fatto che il disco solare è visto sotto un angolo di circa 1/100 di radiante, e questo definisce il diametro minimo del tubo che raccoglie i raggi riflessi.

Poniamo di avere uno specchio di Fresnel della larghezza di 2 metri (e lunghezza indefinita), che concentra su un tubo collettore posto a distanza di 1 metro.
I raggi riflessi dal bordo dello specchio sono quelli che dopo la riflessione fanno il cammino più lungo, 1,42 metri.
A causa della dispersione dei raggi solari, la larghezza minima del fascio riflesso sarà dunque 1.42 cm., più la larghezza delle sfaccettature.
Supponiamo che le strisce riflettenti siano larghe 1 cm. (fare delle sfaccettature molto strette non è un problema, visto che il profilo dello specchio è ottenuto per estrusione di una matrice sintetica)
La striscia posta sul bordo riflette i raggi solari su un fascio inclinato di 45° di larghezza 0,71 cm, che si allarga andando verso il collettore fino a una larghezza di 0.71+1,42=2.13 cm.
Una striscia posta sulla verticale del tubo riflette un fascio largo 1 cm, che viaggia per 1 m. e quando arriva al tubo ha una larghezza di 2 cm. Dunque 2.13 cm. è la larghezza massima dei fasci riflessi incidenti sul collettore.
Poniamo di usare, abbondando, un collettore del diametro di 25 mm.
Dato che lo specchio ha una larghezza di 2 metri i raggi solri incidenti vengono concentrati di un fattore 200/(3.14x2.5)=25,5, relativamente alto.
Un sole pieno, 1 kW/mq, verrebbe concentrato in 25,5 kW/mq., che corrispondono a una temperatura di equilibrio di un corpo nero (il collettore) di 545 gradi.
Se nel tubo passa un fluido che assorbe calore, per es. per un ciclo a vapore, il tubo dovrebbe restare più freddo per non disperdere per irraggiamento tutto il calore solare incidente. A 300° il tubo disperderebbe per irraggiamento 6,1 kW/mq, 1/4 del calore solare incidente; gli altri 3/4 sarebbero utilizzati dal ciclo termodinamico.

Si potrebbe poi pensare di circondare la parte superiore del collettore con uno schermo riflettente del calore irradiato. Oppure il tubo potrebbe essere contenuto in un secondo tubo trasparente sotto vuoto, per ridurre le perdite di calore per irraggiamento. In ogni caso si potrebbero innalzare le temperature di esercizio sopra 300°.

Ci sono poi altri possibili usi di uno specchio di Fresnel. Se per esempio le sfaccettature fossero bidimensionali, cioè ad anello, il fattore di concentrazione sarebbe elevato al quadrato (su una superficie di pochi cm² però) e si potrebbero raggiungere temperature molto alte.
Oppure si potrebbe ridurre il fattore di concentrazione su una superficie più ampia. Per esempio uno specchio di 1m x 1m. che concentra su una superficie piana di 20x20 cm. avrebbe lo stesso fattore di concentrazione dello specchio lineare visto sopra.
E con uno specchio piano di 50x50 cm., con sfaccettature molto più larghe di quelle viste prima, si potrebbe cucinare facilmente.

[sunny life]

io penso che la parabola non sia un grosso problema...
mentre il tubo ricevitore "è" il problema...
il problema è che per avere rendimenti buoni servono tecnologie costose per realizzarli, oppure provare qualche materiale che non è ancora stato sperimentato e che potrebbe essere la soluzione,
certo che se qualcuno lo scoprisse il suo primo problema
sarebbe quanto spendere per tutelarsi....

[Stregatto]

" il tubo ricevitore "è" il problema..."

Infatti io non avevo accennato a particolari tipi di tubo.
Ma so bene che nei vari impianti proposti il tubo in realtà è sempre di tipo speciale, circondato da un secondo tubo trasparente sottovuoto che dovrebbe ridurre parecchio le perdite di calore. O, se i raggi riflessi arrivano da una sola direzione, è circondato da uno schermo riflettente.
Poi ci sono i problemi di dilatazione e durata dei materiali, ma insomma non credo che sia così costoso ridurre le dispersioni di calore dal tubo per alzare la temperatura.
La mia proposta di un riflettore tipo Fresnel voleva suggerire un metodo facilmente industrializzabile, quindi di costo ridotto, per ottenere una concentrazione sufficiente per applicazioni termodinamiche di piccola taglia.

Si tratta comunque sempre di concentratori cilindrici che vanno orientati continuamente per seguire il cammino del sole, e questo richiede, qualunque sia il tipo di concentratore, il montaggio su una struttura girevole, cioè una costosa complicazione.
Infatti da un po' sto studiando se è possibile realizzare concentratori che diano una concentrazione più bassa (diciamo 10:1) ancora sufficiente per molti scopi ma che permettano una inclinazione di qualche grado del sole sul piano assiale, così da richiedere solo un aggiustamento a lunghi intervalli di tempo e/o con una meccanica più semplice.

[Soleo]

"Comunque ho avuto il tempo di perfezionare lo studio di un semplice concentratore a specchi piani disposti a V, che con riflessioni multiple arrivano a concentrare il sole su un tubo disposto nel fondo della V, concentrandolo di un fattore superiore a 5, sufficiente per raggiungere temperature utili per la generazione di energia.
Il programmino in Fortran 77 è semplice e lo posso inviare a richiesta"

Ciao Stregatto,
scusami ma non mi è chiaro il calcolo che hai svolto per definire il rapporto di concentrazione; potresti spiegarmelo, grazie mille.

[paraflu3]

Ciao ,vorrei un esempio pratico di un concentratore a specchi piani perchè nn ci ho capito molto.Dunque rapporto 1:10 vuol dire che ho una specie di triangolo isoscele ,la cui base è rivolta verso il sole mentre sotto il vertice dei due cateti pongo il "tubo"dove si concentrano i raggi solari?Per fare un esempio arrotondo a triangolo isoscele anche se dovrebbe essere rettangolo e credo che sia possibile visto il rapporto 1 a 10 .Se prendo 2 specchi piani da un metro come cateti , la base aperta perpendicolare verso il sole deve essere di 10 centimetri e il "tubo" diametro un centimetro?Se ho capito male chiedo venia.

[giorgio demurtas]

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