Diseño y Optimización de un Plato Parabólico Solar para la Generación de Vapor en una Planta de Producción de Hidrógeno Azul
Autores: Maatallah, Taher; Al-Zahrani, Mussad; Hilal, Salman; Alsubaie, Abdullah; Aljohani, Mohammad; Alghamdi, Murad; Almansour, Faisal; Awad, Loay; Ali, Sajid
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño y Optimización de un Plato Parabólico Solar para la Generación de Vapor en una Planta de Producción de Hidrógeno Azul
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Energía renovable
Procesos industriales
Plato parabólico solar
Reformado de metano con vapor
Requisitos térmicos
Emisiones de CO2
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La integración de energía renovable en los procesos industriales es crucial para reducir la huella de carbono de la producción convencional de hidrógeno. Este trabajo presenta un diseño detallado, simulación óptico-térmica y análisis de rendimiento de un sistema de plato parabólico solar (SPD) para suministrar vapor de alta temperatura a una planta de Reformado de Metano con Vapor (SMR). Se diseñó y optimizó un plato de 5 m de diámetro con una longitud focal de 3 m utilizando COMSOL Multiphysics (versión 6.2) y MATLAB (versión R2023a). El trazado de rayos ópticos confirmó una relación de concentración geométrica de 896x, enfocando efectivamente la irradiación solar en un receptor de cavidad helicoidal. Las simulaciones térmico-fluidas demostraron la capacidad del sistema para sobrecalentar vapor a 551 grados C con un caudal másico de 0.0051 kg/s, cumpliendo efectivamente con los estrictos requisitos térmicos para SMR. El sistema SPD optimizado, con un diámetro de plato de 5 m y una longitud focal de 3 m, fue diseñado para suministrar el 10% del calor total del proceso (~180 GJ/día). Esta contribución reduce el consumo de gas natural y conduce a ahorros anuales en combustible de aproximadamente 141,000 SAR (Riyal Saudí), junto con una reducción sustancial en las emisiones de CO2. Estos resultados cuantitativos confirman el SPD como una solución tanto técnicamente fiable como económicamente atractiva para la producción sostenible de hidrógeno azul.
Descripción
La integración de energía renovable en los procesos industriales es crucial para reducir la huella de carbono de la producción convencional de hidrógeno. Este trabajo presenta un diseño detallado, simulación óptico-térmica y análisis de rendimiento de un sistema de plato parabólico solar (SPD) para suministrar vapor de alta temperatura a una planta de Reformado de Metano con Vapor (SMR). Se diseñó y optimizó un plato de 5 m de diámetro con una longitud focal de 3 m utilizando COMSOL Multiphysics (versión 6.2) y MATLAB (versión R2023a). El trazado de rayos ópticos confirmó una relación de concentración geométrica de 896x, enfocando efectivamente la irradiación solar en un receptor de cavidad helicoidal. Las simulaciones térmico-fluidas demostraron la capacidad del sistema para sobrecalentar vapor a 551 grados C con un caudal másico de 0.0051 kg/s, cumpliendo efectivamente con los estrictos requisitos térmicos para SMR. El sistema SPD optimizado, con un diámetro de plato de 5 m y una longitud focal de 3 m, fue diseñado para suministrar el 10% del calor total del proceso (~180 GJ/día). Esta contribución reduce el consumo de gas natural y conduce a ahorros anuales en combustible de aproximadamente 141,000 SAR (Riyal Saudí), junto con una reducción sustancial en las emisiones de CO2. Estos resultados cuantitativos confirman el SPD como una solución tanto técnicamente fiable como económicamente atractiva para la producción sostenible de hidrógeno azul.