Modelación térmica de un colector solar de canal parabólico mediante el método de elementos finitos
Palabras clave:
energía solar, simulación numérica, sistemas fototérmicos, eficiencia térmica1Facultad de Ingeniería-UADY, Av. Industrias No Contaminantes por Anillo Periférico Norte s/n Apdo. Postal 150 Cordemex, Mérida, Yucatán, México 2 Instituto Tecnológico de Mérida
Resumen
El presente trabajo tiene como propósito presentar el modelo de un Colector Solar de Canal Parabólico (CCP) empleando el Método de Elementos Finitos con el fin de predecir el comportamiento térmico del fluido de trabajo a lo largo del tubo receptor del colector. Así mismo, se estima la eficiencia térmica con base a las ecuaciones gobernantes que intervienen en los procesos de transferencia de calor. Para validar los resultados del modelo, se realizó una simulación térmica del fluido empleando el software SolidWorks. El error máximo obtenido de la comparación de la modelación con la simulación fue del 7% a un caudal de 1 l/min. De acuerdo a los resultados obtenidos de los errores estadísticos, el método puede predecir eficazmente la temperatura del fluido en caudales altos. El modelo desarrollado puede ser útil como herramienta de diseño, en la optimización del tiempo empleado en las simulaciones generadas por el software y en la minimización de los costos de manufactura referentes a Colectores Solares de Canal Parabólico.
Citas
Baskharone, E. A. (2013). The finite element method with heat transfer and fluid mechanics applications. Cambridge University Press.
Cengel,Y.A. y Ghajar,A.(2011). Transferencia de calor y masa. Editorial: Editorial McGraw–Hill.
Duffie, J. A. y Beckman, W. A. (2013). Solar engineering of thermal processes (Vol. 3). New York:Wiley.
Edenburn, M. W. (1976). Performance analysis of a cylindrical parabolic focusing collector and comparison with experimental results. Solar Energy, 18(5), 437-444.
Eiamsa-Ard, S., Thianpong, C., y Eiamsa-Ard, P. (2010). Turbulent heat transfer enhancement by counter/co-swirling flow in a tube fitted with twin twisted tapes. Experimental Thermal and Fluid Science, 34(1), 53-62.
Fernández-García, A., Rojas, E., Pérez, M., Silva, R., Hernández-Escobedo, Q., y Manzano-Agugliaro, F. (2015). A parabolic-trough collector for cleaner industrial process heat. Journal of Cleaner Production, 89, 272-285.
Fernandez-Garcia, A., Zarza, E., Valenzuela, L., y Pérez, M. (2010). Parabolic-trough solar collectors and their applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(7), 1695-1721.
Gnielinski, V. (2013). On heat transfer in tubes. International Journal of Heat and Mass Transfer, 63, 134-140.
Jaramillo, O. A., Borunda, M., Velazquez-Lucho, K. M., y Robles, M. (2016). Parabolic trough solar collector for low enthalpy processes: An analysis of the efficiency enhancement by using twisted tape inserts. Renewable Energy, 93, 125-141.
Kalogirou, S. A. (2004). Solar thermal collectors and applications. Progress in energy and combustion science, 30(3), 231-295.
Liang, H., You, S., y Zhang, H. (2015). Comparison of different heat transfer models for parabolic trough solar collectors. Applied Energy, 148, 105-114.
May, O., Ricalde, L. J., Bassam, A., López, E. O., Venegas-Reyes, E., y Jaramillo, O. A. (2016). Neural Network Inverse Modeling for Optimization. In Artificial Neural Networks-Models and Applications. InTech.
May Tzuc, O., Bassam, A., Escalante Soberanis, M. A., Venegas-Reyes, E., Jaramillo, O. A., Ricalde, L. J., ... y El Hamzaoui, Y. (2017). Modeling and optimization of a solar parabolic trough concentrator system using inverse artificial neural network. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 9(1), 013701.
Nithiarasu, P., Lewis, R. W., y Seetharamu, K. N. (2016). Fundamentals of the finite element method for heat and mass transfer. John Wiley & Sons.
Nwosu, N. P. (2009). Finite-element analysis of an absorber in an evacuated solar tube heat exchanger employing the Galerkin method. International Journal of Sustainable Energy, 28(4), 247-255.
Padilla, R. V., Demirkaya, G., Goswami, D. Y., Stefanakos, E., y Rahman, M. M. (2011). Heat transfer analysis of parabolic trough solar receiver. Applied Energy, 88(12), 5097-5110.
Tzivanidis, C., Bellos, E., Korres, D., Antonopoulos, K. A., y Mitsopoulos, G. (2015). Thermal and optical efficiency investigation of a parabolic trough collector. Case Studies in Thermal Engineering, 6, 226-237.
Uzgoren, E. (2016). One-dimensional transient thermal model for parabolic trough collectors using closed-form solution of fluid flow. International Exergy, Energy ans Environment Symposium (IEEES-8).
Cengel,Y.A. y Ghajar,A.(2011). Transferencia de calor y masa. Editorial: Editorial McGraw–Hill.
Duffie, J. A. y Beckman, W. A. (2013). Solar engineering of thermal processes (Vol. 3). New York:Wiley.
Edenburn, M. W. (1976). Performance analysis of a cylindrical parabolic focusing collector and comparison with experimental results. Solar Energy, 18(5), 437-444.
Eiamsa-Ard, S., Thianpong, C., y Eiamsa-Ard, P. (2010). Turbulent heat transfer enhancement by counter/co-swirling flow in a tube fitted with twin twisted tapes. Experimental Thermal and Fluid Science, 34(1), 53-62.
Fernández-García, A., Rojas, E., Pérez, M., Silva, R., Hernández-Escobedo, Q., y Manzano-Agugliaro, F. (2015). A parabolic-trough collector for cleaner industrial process heat. Journal of Cleaner Production, 89, 272-285.
Fernandez-Garcia, A., Zarza, E., Valenzuela, L., y Pérez, M. (2010). Parabolic-trough solar collectors and their applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(7), 1695-1721.
Gnielinski, V. (2013). On heat transfer in tubes. International Journal of Heat and Mass Transfer, 63, 134-140.
Jaramillo, O. A., Borunda, M., Velazquez-Lucho, K. M., y Robles, M. (2016). Parabolic trough solar collector for low enthalpy processes: An analysis of the efficiency enhancement by using twisted tape inserts. Renewable Energy, 93, 125-141.
Kalogirou, S. A. (2004). Solar thermal collectors and applications. Progress in energy and combustion science, 30(3), 231-295.
Liang, H., You, S., y Zhang, H. (2015). Comparison of different heat transfer models for parabolic trough solar collectors. Applied Energy, 148, 105-114.
May, O., Ricalde, L. J., Bassam, A., López, E. O., Venegas-Reyes, E., y Jaramillo, O. A. (2016). Neural Network Inverse Modeling for Optimization. In Artificial Neural Networks-Models and Applications. InTech.
May Tzuc, O., Bassam, A., Escalante Soberanis, M. A., Venegas-Reyes, E., Jaramillo, O. A., Ricalde, L. J., ... y El Hamzaoui, Y. (2017). Modeling and optimization of a solar parabolic trough concentrator system using inverse artificial neural network. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 9(1), 013701.
Nithiarasu, P., Lewis, R. W., y Seetharamu, K. N. (2016). Fundamentals of the finite element method for heat and mass transfer. John Wiley & Sons.
Nwosu, N. P. (2009). Finite-element analysis of an absorber in an evacuated solar tube heat exchanger employing the Galerkin method. International Journal of Sustainable Energy, 28(4), 247-255.
Padilla, R. V., Demirkaya, G., Goswami, D. Y., Stefanakos, E., y Rahman, M. M. (2011). Heat transfer analysis of parabolic trough solar receiver. Applied Energy, 88(12), 5097-5110.
Tzivanidis, C., Bellos, E., Korres, D., Antonopoulos, K. A., y Mitsopoulos, G. (2015). Thermal and optical efficiency investigation of a parabolic trough collector. Case Studies in Thermal Engineering, 6, 226-237.
Uzgoren, E. (2016). One-dimensional transient thermal model for parabolic trough collectors using closed-form solution of fluid flow. International Exergy, Energy ans Environment Symposium (IEEES-8).
Publicado
2017-08-08
Número
Sección
Artículos de Investigación
Avisos de derechos de autor propuestos por Creative Commons
1. Política propuesta para revistas que ofrecen acceso abierto
Aquellos autores/as que tengan publicaciones con esta revista, aceptan los términos siguientes:
- Los autores/as conservarán sus derechos de autor y garantizarán a la revista el derecho de primera publicación de su obra, el cuál estará simultáneamente sujeto a la Licencia de reconocimiento de Creative Commons que permite a terceros compartir la obra siempre que se indique su autor y su primera publicación esta revista.
- Los autores/as podrán adoptar otros acuerdos de licencia no exclusiva de distribución de la versión de la obra publicada (p. ej.: depositarla en un archivo telemático institucional o publicarla en un volumen monográfico) siempre que se indique la publicación inicial en esta revista.
- Se permite y recomienda a los autores/as difundir su obra a través de Internet (p. ej.: en archivos telemáticos institucionales o en su página web) antes y durante el proceso de envío, lo cual puede producir intercambios interesantes y aumentar las citas de la obra publicada. (Véase El efecto del acceso abierto).
