Estudio de la mejora de un colector solar térmico mediante inserción de muelles en espiral en los tubos del panel absorbedor

Abstract

Se han obtenido modelos matemáticos para simular el comportamiento del colector con tubos lisos y con muelles insertados, insertando correlaciones propias que se asimilan en gran medida al comportamiento real de los mismos. Se ha realizado un código en MATLAB para modelar ambos tipos de colector, a saber tubo liso y muelles insertados, consiguiendo con éxito la simulación de un colector solar plano de tipo parrilla. Se ha conseguido predecir la eficiencia del colector para varios valores de irradiancia, velocidad del viento, concentración de polipropilen-glicol, gasto másico y distintas temperaturas de entrada, entre otras variables como paso adimensional de muelle y espesor adimensional. A través de los resultados obtenidos, se consigue determinar que geometrías se deberán usar en la instalación de colectores solares planos que el Departamento de ingeniería térmica y de fluidos de la UPCT dispone, consiguiendo así una orientación en los ensayos experimentales a realizar. Se han determinado como conclusiones finales las siguientes: Para el modelo del captador realizado con tubo liso, se observa que a una mayor velocidad del viento se tienen menores valores de eficiencia del colector. Por otro lado, para variaciones de irradiancia y caudal, no se fija una tendencia concreta en cuanto a un repunte o disminución de la eficiencia, observándose variaciones para distintos valores. Para un mayor valor de concentración se observan disminuciones de la eficiencia del colector. Para el modelo realizado con muelles insertados, se puede concluir, en primera instancia, que el valor de espesor adimensional no será un factor influyente en la eficiencia del colector. Se ha comprobado que los muelles con valores de paso más cortos son más independientes de las variaciones de las variables de operación, frente a los muelles de valores de paso más grandes que dependen más de éstas mismas variaciones. De un lado, las variaciones de velocidad del viento, no supondrán una mejora para la eficiencia del colector al insertar muelles, no siendo destacable una geometría concreta como la óptima en base a éstas variaciones. Para las variaciones de caudal se consideran variaciones para valores de Tm* menores debido a cuestiones de flujo (valores de Re no están todos en un mismo régimen). Algunos muelles superan valores de Rec. Caso análogo se ha observado para las concentraciones. Finalmente, las variaciones de concentración supondrán una disminución de la eficiencia como ha sido estipulado también en el modelo con tubo liso