Caracterización y modelado de la absorción de radiación solar en nanofluidos de oro

Abstract

El presente TFM trata de evaluar el potencial de los nanofluidos solares (líquidos con nanopartículas dispersas que absorben directamente la radiación solar) para absorber la energía solar e intentar generar vapor. Actualmente el proceso de generación industrial de vapor incluye varios procesos de transferencia (radiación, conducción, convección, etc…), con lo que poder usar nanofluidos para generar directamente vapor aumentaría la eficiencia global del proceso, ahorrando costes y favoreciendo además la sustitución de fuentes fósiles por fuentes de energía renovable. Este proceso de generación directa de vapor con nanofluidos se ha evaluado a nivel de laboratorio y está todavía en fases muy tempranas de desarrollo. El presente TFM pretende hacer una caracterización experimental inicial de nanofluidos con buen potencial de absorción en el espectro solar, así como avanzar en el modelado teórico de esta absorción de energía. A lo largo del TFM se trabajará con nanofluidos basados en agua con nanopartículas de oro de diferentes tamaños (10, 20, 50 y 60 nm) y con diferentes concentraciones. La caracterización de los nanofluidos incluirá la medida de distribución de tamaños de nanopartículas de las muestras, la toma de imágenes con microscopio y la caracterización de la absorción de las muestras con diferentes equipos. Para la medida de las propiedades ópticas de los nanofluidos ello se va a trabajar con 4 equipos de medida diferentes: CARY 500, CARY 60, fibra óptica de luz blanca y una lámpara blanca. El CARY 500 y CARY 60 son espectrómetros compactos y cerrados. Por otro lado, el resto de equipos se han conectado a través de instalaciones experimentales específicas que permiten tener más flexibilidad en las medidas y en las que se han conectado al detector de un espectrómetro (Stellar Net GREEN WAVE) con diferentes fuentes de luz. En una primera fase se realizará una intercalibración de los equipos experimentales, para confirmar la robustez de los datos experimentales. Se analizan los resultados para poder obtener una relación entre el tamaño de partícula y la cantidad de energía absorbida por éstas. En este sentido, se quiere conocer las longitudes de onda donde las nanopartículas absorben, relacionarlo con el espectro solar, y poder relacionarlo con la energía solar que el nanofluido podría obtener. El estudio de los diferentes tamaños y concentraciones resulta interesante para poder comparar su influencia de forma experimental, y para poder optimizar estos parámetros en caso de querer llevar a cabo este proceso a gran escala. Por otro lado, se va a hacer el modelado teórico para comparar los resultados de absorción teórica con los obtenidos experimentalmente. Con los experimentos planteados se podrá ver si el modelado recoge la influencia de tamaño y concentración de nanopartículas del nanofluido en la absorción. Se han identificado varios modelos teóricos que se evaluarán y se compararán con los datos obtenidos. Unos buenos resultados en los modelos teóricos permitirían en una fase posterior optimizar el tipo de nanofluidos a usar para maximizar la absorción solar.