Diseño de un helióstato polar innovador y simplificado para la integración en edificios y entornos urbanos
- Autores: Manuel Torres Roldán
- Directores de la Tesis: Marta Varo Martínez (dir. tes.), Rafael López Luque (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Benito A. de la Morena Carretero (presid.), María José de la Cruz Fernández (secret.), Juan Reca Cardeña (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
RESUMEN DE LA TESIS DOCTORAL DE D. MANUEL TORRES ROLDÁN Diseño de un helióstato polar innovador y simplificado para la integración en edificios y entornos urbanos La preocupación por la sostenibilidad ambiental y energética en edificios ha provocado un creciente progresivo desarrollo de dispositivos solares arquitectónicamente integrados, entre los que destacan los que hacen uso del seguimiento y la concentración solar. Por otra parte, la iluminación natural, además del ahorro energético, mejora la calidad visual y presenta una influencia positiva en factores psicológicos. Por ello, la necesidad de mejorar las técnicas de iluminación natural en edificios ha hecho que en los últimos años también se hayan utilizado sistemas basados en heliostatos para redirigir la luz solar. Estos sistemas heliostáticos de aprovechamiento de la luz natural son los más complejos, lo que hace que no exista, según Rossemann et al., una solución con viabilidad económica demostrada.
En este contexto, esta Tesis, a partir de la revisión de la evolución de los heliostatos y sus aplicaciones, presenta el desarrollo e implementación de un sistema heliostático de polígono deformable con un grado de libertad, que se regula mediante una sola variable en función del tiempo y cuyo movimiento se basa en el simple giro de un husillo que es controlado por un sistema de control electrónico que permite que el vector normal a un espejo se aproxime al movimiento que describiría la bisectriz del ángulo resultante entre el vector solar y el rayo reflejado. Se han desarrollado los principios astronómicos y mecánicos para el diseño propuesto y los requerimientos de un heliostato polar ideal así como la lógica, funciones, y algoritmos necesarios para la implementación del control del sistema.
Asimismo, se ha estudiado la influencia de los parámetros longitudinales característicos del dispositivo en el error medio de apuntamiento, mediante un análisis de tendencia y un ajuste de regresión, obteniendo que errores medios muy aceptables para aplicaciones urbanas.
De esta forma, se ha obtenido un heliostato que, a diferencia de los heliostatos comerciales, necesita solamente un accionamiento para el posicionamiento del plano de espejo primario tanto en inclinación como en giro horario, lo que reduce el coste por equipo de forma significativa. Además, permite asociar diferentes heliostatos de manera que puedan ser movidos por un único motor y, gracias a la disposición de espejos secundarios complementarios, es posible utilizar el dispositivo para técnicas de concentración solar.
Finalmente, se ha construido el prototipo experimental, situado en las instalaciones del campus de Rabanales de la Universidad de Córdoba, y se ha evaluado su funcionamiento real a lo largo de dos años. En base al análisis de errores, se comprueba que el error medio de apuntamiento del dispositivo es de , con una desviación estándar de .
Fruto de esta investigación, se ha generado la patente ES 2 539 642 registrada en la Oficina Española de Patentes y Marcas y publicada en BOPI de 15 de julio 2015 (Tomo2).
