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Francisco Risco Franco UNS PERUTRANSCRIPT
DETERMINACIÓN ANALÍTICA DE LA DETERMINACIÓN ANALÍTICA DE LA TEMPERATURA DEL AIRE EN UN COLECTOR DE TEMPERATURA DEL AIRE EN UN COLECTOR DE
AIRE CON LECHO DE LADRILLO ASFÁLTICOAIRE CON LECHO DE LADRILLO ASFÁLTICO
Por:Francisco Risco Franco ([email protected])Germán Chumpitaz Ayala ([email protected])
XVII SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR (XVII-SPES)
UNIVERSIDAD NACIONALDEL SANTA
Chimbote Perú
IV CONFERENCIA LATINOAMERICANA DE ENERGÍA SOLAR (IV ISES-CLA)
APES
Contenido
Introducción Antecedentes Análisis del Experimento Resultados Conclusiones
IV Conferencia Latinoamericana de Energía Solar - XVII Simposio Peruano de Energía Solar
El presente trabajo se encarga del análisis de un nuevo tipo de colector solar con lecho de ladrillo asfáltico como superficie absorbedora.
Necesidad de probar nuevos materiales y formas, para almacenar energía, sobre todo aquellos que se pueden encontrar día a día en nuestro alrededor.
Mediante el estudio sobre estos sistemas se desarrolla el aspecto teórico, así como la simulación, pudiendo experimentar para varias velocidades y configuraciones obteniéndose la temperatura final del aire a la salida del colector
INTRODUCCION
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ONG K. (1995) Realiza un modelamiento matemático de la transferencia de calor a lo largo de un colector solar de aire, haciendo suposición de temperatura constante alrededor del mismo.
TIWARI G.N, and Al...(1995) Presenta el análisis de un secador de grano utilizando un colector, el cual almacena energía térmica en agua contenida en un recipiente que se coloca debajo de la placa colectora.
ANTECEDENTES
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ANÁLISIS DEL EXPERIMENTO
DESCRIPCION DEL COLECTOR
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Distribución de sensores de temperatura en el colector
Cubierta
Ladrillo
T2
T10
T3
T7 T4T6
T2: Temperatura Ambiente
T3: Temperatura Cubierta - Exterior
T10: Temperatura Cubierta – Interior
T7: Temperatura Ladrillo
T6: Temperatura de Entrada de Aire
T4: Temperatura de Salida de Aire
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Para hacer este análisis se tomaron en cuenta estas suposiciones:•La capacidad de almacenamiento de la energía por parte del vidrio, aislamiento y superficies que conforman el colector son despreciables.•El sistema no presenta fugas. •Las propiedades de los materiales del colector se mantienen constantes en el tiempo.
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Para la superficie superior del ladrillo asfáltico
Donde: α = Absortividad de la superficie oscura. τ = Transmitancia o transmisividad de la cubierta de vidrio. I(t) = Radiación solar incidente en el colector (W/m2). k = Coeficiente de transferencia de calor por conducción entre la
superficie superior del ladrillo y el lecho de ladrillo (W/mºC). TS = Temperatura de la superficie superior del ladrillo (ºC).
TL = Temperatura del lecho de ladrillos (ºC).
Ac= Área del colector (m2).
ha = Coeficiente convectivo de calor entre la superficie oscura y el aire (W/m2ºC).
TA = Temperatura del aire dentro del colector (ºC)
cAsacLsc ATThATTkAtI )()()( −+−=ατ
MODELO TEÓRICOMODELO TEÓRICO
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Para el lecho de ladrillo asfáltico
( ) ( )( )S
LS L C L L C L a b
dTk T T A M C A A T T h
dt− = + + −
Masa del ladrillo (Kg).Calor especifico del ladrillo (J/KgºC).Coeficiente global de transferencia de calor desde el lecho de ladrillo hacia el aire circundante a través del aislante (W/m2ºC).Temperatura ambiente del aire (ºC).Temperatura de la superficie oscura (ºC).Temperatura del lecho de ladrillos (ºC).Área del colector (m2).Coeficiente convectivo de calor entre la superficie oscura y el aire (W/m2ºC).Temperatura del aire dentro del colector (ºC)
===
=====
=
ML
CL
hb
Ta
Ts
TL
Ac
ha
TA
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Para el flujo de aire
( ) ( )Aa S A A A C A a
dTh T T bdx m C h T T bdx
dx− = + −&
Coeficiente global de transferencia de calor desde el aire del colector hacia el ambiente a través de la cubierta de vidrio (W/m2ºC).Coordenada de posición a lo largo de la dirección de flujo (m).Ancho del colector (m).Flujo másico del aire a través del colector (Kg/s)Calor especifico del aire (J/KgºC).
=
=
===
hc
x
bma
CA
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Combinando las ecuaciones
( ) ( )C a a L a A cAA a
A A A A a A A
h h bdx h bdx I t kT h T h bdxdTT T
dx m C m C k h m C
ατ + + ++ = + + & & &
( )a a aAc A c a L
A A a A A a A A a
kh h I t khdT bdx bdx bdxh T h T T
dx m C k h m C k h m C k h
ατ + + = + + + + + & & &
Resultando:
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Resolviendo la ecuación diferencial:
Donde:
ac
A A a
khbdxa h
m C k h
′ = + + &
a
A A a
khbdxb
m C k h
′ = + &
( )( ) a
c aA A a
h I tbdxF t h T
m C k h
ατ ′ = + + &
( )AA L
dTa T F t b T
dx′ ′ ′+ = +
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Obtenemos:
En la cual si asumimos una longitud L del colector, la temperatura a la salida del colector será:
( )[ ]
1
( )
a x
a xA Ao
L
eT T e
a F t b T
′−′−
−= +
′ ′ ′+
( )[ ]( )
1
( )
a L
a LA L Ao
L
eT T e
a F t b T
′−′−
−= +
′ ′ ′+
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Para obtener la temperatura promedio del aire será:
Con la cual obtendremos:
__
0
1 L
A AT T dxL
= ∫
[ ] ( )__ 1( )
11
a L
LA Aoa L
eF t b TT T
a Lea
a L
′−
′−
−′ ′+ = +
′ − ′ − ′
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Gráfico Nº1 Temperatura VS Tiempo
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
50,00
55,00
60,00
8:35
8:52
9:09
9:27
9:44
10:01
10:19
10:36
10:53
11:11
11:28
11:45
12:03
12:20
12:37
12:55
13:12
13:29
13:47
14:04
14:21
14:39
14:56
15:13
15:31
15:48
16:05
16:23
16:40
16:57
17:15
17:32
17:49
Tiempo
ºC
Temperatura Entreda de Aire Temperatura Salida de AireTemperatura Lecho de Ladrillos
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Campo de velocidades (m/s)
Gráfico. No. 2 Campo de velocidades en un colectorcon lecho de ladrillo asfáltico (0,45 m/s)
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0,45 m/s
Gráfico. No. 3 Campo de velocidades en un colector con lecho de ladrillo asfáltico diferente configuración. (0,7 m/s)
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Gráfico. No. 4 Campo de velocidades en un colectorcon lecho de ladrillo asfáltico. (0,5 m/s)
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Gráfico. No. 5 Campo de velocidades en el eje y en un colectorcon lecho de ladrillo asfáltico. (0.01 m/s)
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Gráfico. No. 6 Campo de velocidades eje y en un colectorcon lecho de ladrillo asfáltico
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Gráfico. No. 7 Temperatura y campo de velocidades en un colectorcon lecho de ladrillo asfáltico
300 K
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Gráfico. No. 8 Temperatura y campo de velocidades en un colectorcon lecho de ladrillo asfáltico
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Gráfico. No. 9 Temperatura y campo de velocidades en un colectorcon lecho de ladrillo asfáltico
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Gráfico. No. 10 Flujo de calor total y campo de velocidades en un colector con lecho de ladrillo asfáltico
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Los máximos valores de temperatura de salida de aire Los máximos valores de temperatura de salida de aire son de 47,9ºC, 50,8ºC y 53,8ºC respectivamente para son de 47,9ºC, 50,8ºC y 53,8ºC respectivamente para cada uno de los días considerados.cada uno de los días considerados.
La simulación permite observar el fenómeno con mayor profundidad y optimizar los diferentes parámetros que intervienen en el experimento
Los Los valores máximos de temperatura alcanzados en el máximos de temperatura alcanzados en el lecho fueron de 56,9ºC,lecho fueron de 56,9ºC, 60,2ºC y 59,8ºC 60,2ºC y 59,8ºC respectivamente para cada uno de los días respectivamente para cada uno de los días considerados.considerados.
CONCLUSIONES
GRACIASGRACIAS
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