Efectos de la geometría interna del tubo absorbedor en la transferencia de calor para concentradores cilindro parabólicos

Abstract

Ante la necesidad de mitigar el problema del cambio climático, en el presente trabajo de título, se realiza un estudio que aborda mejoras en la eficiencia de concentradores cilindro parabólicos. Estos corresponden a un tipo de tecnología de energía solar que ha estado bajo constante desarrollo dentro del creciente uso de energías renovables. En este trabajo de título se realiza una comparación de la fluidodinámica y transferencia de calor en tubos absorbedores de concentradores cilindro parabólicos, aplicando un total de 5 geometrías interiores: Cinta Torsionada, Helicoidal, Estrella, Sinusoidal y Cónica, todas generadas en INVENTOR. Para ello, se realizan simulaciones en Ansys FLUENT en régimen estacionario con un modelo de turbulencia k −ε. Se aplica una condición de borde periódica y un flujo de calor no uniforme alrededor del tubo absorbedor. Se analizan tres flujo másicos distintos y en todos se mantiene como mejor geometría la helicoidal. La geometría de estrella presenta el peor rendimiento en los tres casos. Los resultados obtenidos muestran un incremento en el número de Nusselt superior al 50% en todas las geometrías. Aumenta también el factor de fricción en un rango aproximado entre 290% y 1530%. El factor de incremento de calor es favorable para la geometría helicoidal y cinta torsionada siendo estas las con mejor rendimiento. La aplicación de geometrías interiores disminuye la concentración de la temperatura circunferencial del tubo, evitando esfuerzos térmicos localizados. Esta disminución es mayor en la geometría helicoidal y se mantiene prácticamente invariante con respecto al flujo másico. La geometría de estrella posee una menor disminución conforme se aumenta el flujo másico. Los resultados obtenidos en este trabajo se enmarcan dentro del rango establecido por estudios anteriores.