Diseño de receptor y análisis de desempeño térmico para colector térmico Solarus

Abstract

A lo largo del último siglo y en especial en las últimas décadas, las energías renovables han visto un incremento sustancial en su uso tanto para generación a gran escala como domiciliaria, teniendo a la energía solar en el centro de este fenómeno. Junto al aumento en la implementación de energía solar para generación, es también necesario invertir en incrementar la eficiencia de las tecnologías utilizadas. En este sentido, es deber de ingenieras e ingenieros desarrollar mejores métodos de manufactura, implementación y operación de los diversos métodos de captación de energía que existen al día de hoy, teniendo como objetivo el correcto aprovechamiento de los recursos naturales en un medio ambiente cada vez más deteriorado. Una de las tecnologías de captación de radiación solar más utilizada son los colectores solares térmicos, de los cuáles existen distintos diseños, funcionando todos bajo el mismo principio: captan la radiación del solar, transformándola en energía térmica mediante uno o más receptores y trasnfierendola finalmente a un fluido caloportador. En este trabajo de título se estudia de forma analítica el desempeño de un colector térmico diseñado por la empresa neerlandesa Solarus, caracterizando su funcionamiento mediante la elaboración de un modelo óptico y un modelo térmico. Con el fin de lograr un desempeño más eficiente del colector, se diseña un nuevo receptor para ser instalado en la estructura, analizando distintas variables térmicas, ópticas y geométricas que afectan su performance, como también tomando en consideración le material de que estaría fabricado. El modelo térmico se elabora teniendo como objetivo obtener las curvas que definen las eficiencias tanto del receptor original como del diseño propuesto y comparar los resultados finales. De esta manera, se calculan las pérdidas térmicas en toda la superficie del receptor y, con la ayuda de un programa computacional que permita realizar iteraciones númericas, en este caso Python, se obtienen los coeficientes de pérdidas térmicas deseados. El modelo óptico es elaborado a partir de las propiedades ópticas de los materiales de fabricación del receptor original y el diseño propuesto, teniendo como objetivo calcular el IAM y el coeficiente τ α, comparando su desempeño bajos distintos acabados superficiales del receptor. Finalmente, se realiza un estudio analítico de carga estructural del diseño propuesto, considerando variables geométricas y de materiales del nuevo diseño.