Análisis paramétrico de un colector solar plano tipo rejilla para agua caliente
Palabras clave:
Colector solar plano, Calentador de agua, Análisis paramétrico, Energía solar, Modelo numérico, Modelo propuestoResumen
El diseño de sistemas de calentamiento de agua solar requiere considerar una gran cantidad de variables de diseño, a partir de la demanda y las condiciones meteorológicas. Para identificar estas variables se realizaron los balances de energía de sus elementos más importantes. Las ecuaciones resultantes fueron adimensionalizadas; luego se identificaron parámetros adimensionales relevantes, para así facilitar el análisis. En el análisis se consideraron materiales típicos en la construcción de estos equipos: vidrio para la cubierta transparente y acero para la lámina de absorción y tuberías. El modelo numérico obtenido fue validado contra data experimental, obteniéndose errores relativos por debajo de 5% para la eficiencia térmica. El modelo propuesto reduce la cantidad de variables a cuatro parámetros de diseño/operación, estos son: el número de flujo de masa (M), el número de Reynolds (Re), el factor de forma de la superficie extendida (л) y factor de forma de la tubería (rL). Los mismos tienen gran influencia sobre la temperatura de descarga y eficiencia; mientras que el factor pérdidas de calor por la cubierta transparente (P), asociado a las condiciones meteorológicas, resultó irrelevante. Por otra parte, se realizó un estudio paramétrico para regímenes de flujo laminar y turbulento. Se encontró que las configuraciones que generan mayores incrementos de temperatura y eficiencia se encuentran en régimen laminar, lo que se traduce, en términos de diseño, en la división de la corriente de flujo principal en un número suficientemente elevado de tuberías en paralelo, que para aplicaciones domésticas es mayor a 12. También se encontró que modelos con números de flujo de masa mayor a 20 son inconvenientes, a pesar de presentar eficiencias superiores al 70%, ya que generan incrementos de temperatura inferiores al 5%. La aplicación de este modelo a un caso de estudio concreto conllevó a la obtención de un diseño similar a los modelos comerciales disponibles en el mercado.
