Colectores termoacumulativos. Análisis numérico y experimental en regímenes estacionario y transitorio

Resumen

En esta tesis, se desarrollan algoritmos numéricos y ensayos térmicos que permiten estudiar el comportamiento térmico del colector solar termoacumulativo a escala física y experimental. Se dedica atención especial al estudio numérico de la convección natural en el tanque termo-absorbedor durante el enfriamiento nocturno, el comportamiento transitorio de sistemas solares termoacumulatlvos y la caracterización experimental mediante de ensayos térmicos. "La tesis se organiza en seis capítulos. Cada capítulo esta estructurado de manera que pueda leerse en forma Independiente, repitiendo un mínimo de sus contenidos (descripción de las ecuaciones de los modelos). Se realiza una reseña bibliográfica sobre las Investigaciones y desarrollo de colectores solares termoacumulativos que soportan el contenido y novedad del trabajo. Se formulan y resuelven numéricamente las ecuaciones de conservación (ecuaciones de Navier-Stokes) de la conversión natural en el tanque termo-absorbedor. Se verifica y valida el algoritmo numérico desarrollado. Se simula numéricamente el enfriamiento del tanque termoacumulativo para valores del coeficiente de transferencia entre 2 Wm-2K-1 y 10 Wm-2K-1 y se obtienen los campos de flujo y temperatura. Se correlaciona la variación de la temperatura del agua al final del enfriamiento y el coeficiente de transferencia de calor mediante una expresión lineal que puede ser aplicada en la Ingeniería. Se formula matemáticamente un modelo global transitorio del colector solar termoacumulativo a partir del balance de energía en tres puntos en dos direcciones. Se desarrolla una subrutlna del colector solar termoacumulativo que permite incorporarla al software TRNSYS. Se demuestra que los colectores solares termoacumulativos tiene un comportamiento térmico, prácticamente, igual de bien que los colectores solares planos y termoslfónicos para Lleida, Sevilla, Madrid y Santander. Se analiza dos modelos de colectores solares termoacumulatlvos para las condiciones climáticas de Lleida. Se obtiene la Influencia de parámetros de diseño y funcionamiento en el comportamiento térmico anual de los colectores solares termoacumulativos mediante correlaciones. Se desarrolla un procedimiento experimental de ensayos térmicos del colector solar termoacumulativo con el cual se obtiene correlaciones energéticas y parámetros térmicos característicos. Se calcula el error en la determinación de la curva de eficiencia térmica periódica, así como la contribución al mismo de las magnitudes directas. Se realiza la evaluación experimental a un colector solar termoacumulativo en condiciones de exteriores, se obtiene la curva de eficiencia térmica periódica, la correlación de entrada/salidas de energías y parámetros térmicos característicos del colector solar. " Los resultados de este trabajo demuestran el potencial de los colectores solares termoacumulatlvos para el calentamiento de agua a baja temperatura en las condiciones climáticas de localidades de la Península Ibérica y la utilidad de los modelos, algoritmos y ensayos térmicos en el análisis del colector solar termoacumulativo en aplicaciones de la tecnología solar.