Abstracto

Una investigación de los diseños de receptores concentradores solares mediante pruebas de calor sensible

Sunita Mahavar

Un sistema receptor solar recoge las radiaciones solares en un sistema concentrador solar y transfiere el calor al fluido de trabajo del sistema para una aplicación térmica útil. En el presente trabajo se investigan experimentalmente dos diseños de receptores fabricados localmente en un concentrador solar de disco parabólico que tiene un área de apertura de 7 m ² y un ángulo de borde de 56 °C. Con base en la prueba de calor sensible del fluido, se determinan dos parámetros de rendimiento térmico, la tasa de aumento de la temperatura del fluido, R _f , y la eficiencia utilizable del sistema, η _u , y se recomiendan para el estudio comparativo de diferentes receptores. Los experimentos se llevan a cabo con dos fluidos, agua, con caudales de 8 L/min y 10 L/min para los receptores, receptor espiral de cobre plano, CSR, y receptor espiral cónico de cobre, CoSR. Se ha descubierto que los R _f para los receptores CoSR y CSR son de 0,33 y 0,23 °C/min, respectivamente, para un caudal de 8 L/min. Se ha determinado que la eficiencia utilizable de CoSR y CSR es del 33 % y del 17 %, respectivamente. La temperatura de la superficie del receptor del CSR es mayor que la del CoSR debido a la menor eficiencia del CSR. En la observación experimental se ha descubierto que el procedimiento de prueba de calor sensible diferencia claramente el rendimiento de los receptores y es adecuado para estudiar el rendimiento térmico de diferentes diseños de receptores.

Nomenclatura

A _a Área de apertura del concentrador (m ² )

_{Área de la base del receptor A} ( m ² )

C _R Relación de concentración; C _w Calor específico del agua (J/kg°C)

D _a Diámetro del concentrador (m)

I _b Irradiancia solar del haz normal en el plano de apertura del concentrador (W/m ² )

Irradiancia solar global en el plano horizontal (W/ _m ² )

I _{s, avg} Insolación solar global promedio en la superficie horizontal (W/m ² ) en el período de tiempo Δt

M _w Masa de agua en el tanque de almacenamiento (kg)

q _a Tasa de calor disponible para el fluido (W)

q _u Tasa de calor utilizada por el fluido (W)

S Flujo solar absorbido en la placa receptora (W/m ² )

T _a Temperatura ambiente (°C)

T _r Temperatura de estancamiento del receptor (°C)

T _w Temperatura del agua en el tanque de almacenamiento (°C)

T _w,f Temperatura del agua en el tanque de almacenamiento al final del proceso de calentamiento (°C)

T _w,I Temperatura del agua en el tanque de almacenamiento al inicio del proceso de calentamiento (°C)

W _s Velocidad del viento (m/s)

Símbolos griegos

α _r Absorbencia de la pintura receptora

Δt Intervalo de tiempo (s)

η _u Eficiencia térmica utilizada del concentrador

ρ _r Reflectancia especular del reflector

θ Ángulo medio de incidencia sobre la superficie horizontal (°)

Acrónimos

Concentrador solar paraboloidal económico ESPC

Concentrador solar de disco paraboloidal SPDC

Fluido de transferencia de calor HTF

Receptor espiral de cobre CSR

Receptor espiral cónico de cobre CoSR

Placa plana circular CFP