16 17
ISSN 2477-9105
Número 31 Vol.1 (2024)
Performance of a solar concentrator and inuence of the tube’s hydrodinamic
height on the termosiphon eect
Ecuador.
Palabras claves: Concentrador solar, Desempeño del colector, Altura Hidrodinámica.
Keywords: Solar concentrator, Colector performance, Hydrodinamic Heigth.
RESUMEN
ABSTRACT
iD
Desempeño de un concentrador solar e inuencia de la altura
hidrodinámica de los tubos en el efecto termosifón
ISSN 2477-9105
16 17
Desempeño de un concentrador solar e inuencia de la altura
hidrodinámica de los tubos en el efecto termosifón
Joaquín Bustos.
consiste en colectar radiación solar directa y difusa
Los colectores solares de tubos al vacío son una
interno calentado sube hasta el reservorio y el
agua fría del centro del tubo desciende debido
a la diferencia entre sus densidades (3). En los
colectores solares de tubos de vacío la convección
horizonte agregando un factor de corrección
diferentes sectores del concentrador solar. El calor
I. INTRODUCCIÓN
II. MATERIALES Y MÉTODOS
de incidencia de los rayos solares a lo largo del
• Cálculo de intensidad solar sobre los tubos
inclinados
f
la densidad del suelo.
valor de la radiación directa en función del valor
del índice de claridad horario .
El índice de claridad horario
fracción entre la radiación total I y extraterrestre
(12). La radiación directa se halló sustrayendo el
horizontal con el valor de la radiación difusa.
(1)
(2)
(3)
I I
I
11
1
I IA AR=
-
2
2
2
1
Cos β
Cos β
β
fSen
-( () )
Tb
pg
d di i 3
b
cos cos sen sensen sen
180
IGcos
12 360 0.0331
=x
x
360 n
365
osc
I
I=
d
1.0
0.9511
16.638 12.336
0.09
0.1604 4.388
0.22
0.22 0.8
0.8
-
-
k
k
k
k
k
k k
k
∧
∧
∧
,
,
-
T
T
T
T
T
T T
T
2
3 4
δ δ(( )
)
ωω
ωω
--
22
11
18 19
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Horas
1068.83651
Tabla 1. Coecientes y datos de radiación para un colector inclinado a 10° el 05-01-2021.
Tabla 2. Coecientes y datos de radiación para un colector inclinado a 10° el 07-01-2021.
Tabla 3. Coecientes y datos de radiación para un colector inclinado a 10° el 14-09-2021.
Tabla 4. Datos de entrada.
Horas
Horas
• Simulación
Variable Valor
293
Presión (hPa) 122
5
276.15
El concentrador solar fue diseñado con 20 tubos
de borosilicato y 20 tubos internos de nitrato de
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Desempeño de un concentrador solar e inuencia de la altura
hidrodinámica de los tubos en el efecto termosifón
Joaquín Bustos.
Tabla 5. Valor del ángulo de curvatura del reector.
Figura 1. a) Disposiciones de los tubos en el tanque. b) Puntos
empleados Para la recolección de datos
Figura 2. Colector solar con reector solar.
• Análisis del desempeño del colector
se realizó el 5 de enero del 2021 entre las 9:00
incidencia en donde los haces de luz no inciden
Con
el
F
FR
S
(22).
Parámetros Valores
25°
colector solar son las siguientes.
Rvpd
μ
=
ef
Nu hD
k
=wco
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(13)
(14)
(15)
(11)
(12)
4 4
D D Lσ
T T TT
L( () )- -h
=
c cc c sawo oo o ky
A= 2 r
rl
A= W L
a
I ργγ
ττ
αα
SK
=T
*
QIn
loo Dc o Tc o
1
2
DcikL
c
s
T=
ci
Qloo
Ar
s
U=
LT T( )-
r a
F=
=
Do
Di
U
12
U U
UhD
Dk
DIn
o
L L
Lfii
oo
- 1
FA U F
C
C
A U Fexp
m
m
.
.
F
RrL
p
p
rL1 - -
F= =
,
F F F
=
R
,
QSF AA
AU T T( )
uR α α
α
rLr
- -
=
20 21
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III. RESULTADOS
• Resultados del 14 de noviembre del 2021
Figura 5.
Figura 8.
• Resultados del 5 de enero del 2021
Figura 3. Temperaturas en el tanque para diferentes uniones de
tubos el 14/11/2021.
Figura 4. Velocidades de salida del agua para tubos a 10° y mayor
altura el 14/11/2021.
Figura 5. a) Distribuciones de temperaturas con tubos colocados en
el fondo del tanque. b) Distribuciones de temperaturas con tubos
colocados en medio del tanque.
Figura 6. Temperaturas en el tanque para diferentes uniones de
tubos el 05/01/2021.
Figura 7. Velocidades de salida del agua para tubos a 10° y mayor
altura el 05/01/2021.
Figura 8. a) Distribuciones de temperaturas con tubos colocados en
el fondo del tanque. b) Distribuciones de temperaturas con tubos
colocados en medio del tanque.
20 21
Desempeño de un concentrador solar e inuencia de la altura
hidrodinámica de los tubos en el efecto termosifón
Joaquín Bustos.
de transferencia del viento.
• Pérdidas de calor
solar. Donde
• Análisis del desempeño del colector solar
• Resultados del 7 de enero del 2021
Figura 9. Temperaturas en el tanque para diferentes uniones de
tubos el 07/01/2021.
Figura 10. Velocidades de salida del agua para tubos a 10° y mayor
altura el 07/01/2021
Figura 11. a) Distribuciones de temperaturas con tubos colocados
en el medio del tanque. b) Distribuciones de temperaturas con tubos
colocados en el fondo del tanque.
borosilicato.
m
x
m
m
mkg
50.88 0.06 14831.46
1.78 10
s* *
RNs
vpd
μ
= = =
ef
3
0.30 95.46
(14831.46
Nuk
hD
= = =
)
wco 0.6
95.46 95.46 0.025 39.77
0.06
kWW K
mm
m
Kh
Q
D
D DT T TT- -( ( ))L L σh
=
=
ε
= = =
w
loss
c
c cc c saw
o
o oo o ky
2
5-
(16)
(17)
(18)
(19)
(20)
2
4
Q m m mW K0.06 1.764 39.775
* * *
=
loss 2
mW K ((297.485 K)(275 K) )5.67 10 -x
*2 4 4 4
- 8
4
m
K)0.88 0.06 1.764* *
Q W91.72
=
loss
(21)
22 23
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• Temperatura dentro del cobertor
• Cálculo coeciente de pérdida
T K
297.961
=
ci
(23)
(22)
(30)
(31)
(32)
(33)
(34)
(35)
(36)
(37)
(25)
(27)
(28)
(29)
(26)
(24)
R
Nu
e
vρd m m
m
m
kgs
0.0039
0.40
12.68 158.03
0.598
0.54 406.96 12.68( )
1000
0.00046
0.048 406.96
* *
UNs
=
= =
= =
f
Nu h
k
D
=fio
hNu kWW
mm
m
KK
D
= = =
fio
Q
T T
l
c c
os
io
sIn D
2
1
DKL
=
c
c c
o
i
Q Q
l lo os ss s
UL( () )
2
A T TT T- -
rl
= =
r r ra a
UL2 ( )0.024 1.764 302.558
91.72 36.84
293.2
* * K m K
WW
K
-
= =
m m
2
Arl
r= = =
2 2 0.024 1.764 0.266
* *
m mm
2
A W m m mL
a= = =1.22 1.764 2.15
* * 2
• Área de apertura
de un cilindro.
Con F .
varía en función del área A del tubo interno y el
v.
la siguiente ecuación. En donde W es el ancho y
L es el largo.
• Factor de eliminación de calor
solar.
U
1
( )
U
U
U
h2D DK
D DD In
o
o oo
L
L
L
fi ii
F= =
-1
3
0.52
2
* *
0.048 170.0 0.048
0.046
2( ))
W
m m m
m
IK n
-1
F
36.84 158.03 0.046
*
1 0.048
W W K
m
m
m mK
=
0.804F=
2 2
36.84W K
m2
36.84W K
m2
2
1-
F,= =
F C
C
A U F
A U F
m
m
-
exp
.
.
F
R p
p
rL
rL
= = ==
d d d v
ρ ρ ρ
V V A
( () )
d d d
m
.m
t t t
3 2
= 1000 0.0039 0.024( )
K m sm mg* * *
22 23
Desempeño de un concentrador solar e inuencia de la altura
hidrodinámica de los tubos en el efecto termosifón
Joaquín Bustos.
(38)
(39)
(40)
(41)
(49)
(50)
(51)
(42)
(43)
(44)
(45)
(46)
(47)
(48)
3. Radiación absorbida
K = 16.1 m (23) y el
1 (25).
0.97
=
α
αn
=
mksg0.00705
* *
*
2 2
0.266 36.84 0.804-
0.00705 4185.5
k kg g
m m
sCJ
W K
o
*
* *
2 2
F,=0.00705
0.266 1-
36.84 0.804
4185.5
m mW exp
K
k k KJsg g
F,=0.878
.
FR= = =
0.878 0.7060.804
F F
,*
( )
QA
SU T T
ur
RLRα α
α
= - -
FAA
KL = =
16.1 mm
0.002 0.032
*
0.97 0.93 0.90
= =
α*
1.01 0.87 0.790.90
= =
α* *
IργταK
Tγτα
=
S
²
²
resultado.
Wcosm
=
S 0.8 0.65 39.27( )2* * * *
W m
=
S150.38 2
W K K Km
36.84 302.558 293.2-( )2
Q m
u=W m m
m
0.706 2.15 150.38 0.266
2.15
-
*2 2 2
2
Qu=W
163.46
IV. DISCUSIÓN
24 25
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la transferencia de calor en el fondo del tubo
las uniones deben ser instaladas en el fondo del
de radiación. Para la fabricación de colectores
varían en función de la ubicación de las conexiones.
agua.
V. CONCLUSIONES
VI. CONFLICTO DE INTERÉS
24 25
Desempeño de un concentrador solar e inuencia de la altura
hidrodinámica de los tubos en el efecto termosifón
Joaquín Bustos.
2022.
VII. REFERENCIAS
26 27
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