Llosas, Haro, Sánchez, Audelo
MODELO MATEMÁTICO DE UN COLECTOR
SOLAR
BAJO LAS CONDICIONES FÍSICAS Y
METEOROLÓGICAS
DE LA CIUDAD DE
RIOBAMBA
Y. Llosas
1
, A. Haro
1, 2
, U. Sánchez
3
, M. Audelo
2
1
Universidad de Oriente,
2
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo,
3
Universidad Nacional de Chimborazo
R
esumen
Presentamos el diseño de un modelo matemático de colector solar bajo condiciones físicas y meteo-
rológicas típicas de la ciudad de Riobamba, para uso en secadores solares de convección natural o
forzada, el cual se adapta a las condiciones particulares de altitud respecto al nivel del mar, la posi-
ción geográfica y las condiciones meteorológicas. El colector solar diseñado es un colector indirecto
de convección natural que usa cálculos termodinámicos y de transferencia de calor basados en varia-
bles meteorológicas como velocidad del viento, irradiación solar, flujos térmicos, latitud, humedad y
temperatura del aire de la zona; mediante la utilización de un colector solar de placa plana, tomando
en cuenta el calor absorbido, el calor útil y las pérdidas en las partes superior e inferior del colector
solar. Para ello, se emplea las ecuaciones de transferencia de calor y se realiza el balance de energía
que permite simular el comportamiento del aire dentro del colector; se ejecuta el cálculo teórico de
la eficiencia del colector solar, determinándose el área de captación óptima y el área de paso (flujo de
aire), con lo cual se puede optimizar las dimensiones para el colector (largo, ancho y alto).
Palabras claves: colector, modelo, Riobamba, eficiencia, parámetros meteorológicos
A
bstract
We present the design of a mathematical model of solar collector in physical and meteorological
conditions typical of the Riobamba, which is adapted to the conditions of altitude above sea level,
geographic location and weather conditions. Collector Solar is an indirect dryer for natural convec-
tion using thermodynamic and heat transfer based on meteorological variables as wind speed, solar
radiation, heat flux, latitude, humidity and air temperature in the zone. It is using a flat plate solar
collector, taking into account the heat absorbed, the useful heat, and losses in the top and bottom of
the solar collector, which is used for the heat transfer equation and is performed energy balance to
simulate the behavior of air inside the collector, We do the theoretical calculation of the efficiency of
solar collector, determining the optimum catchment area and the area of step (air flow), which can be
optimized for the collector dimensions (length, width and height).
Keywords: manifold, model, Riobamba, efficiency, meteorological parameters
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, del 10% al 40% de
los productos cosechados nunca llegan
al consumidor. Este comportamiento se
presenta principalmente en los países en
vías de desarrollo debido a la descom-
posición y la contaminación del producto. Existe una
diversa gama de tecnologías poscosecha aplicadas a la
preservación de los alimentos perecederos. Sin embargo,
y siendo uno de los más antiguos, el método de secado
es uno de los más prácticos pues extiende la vida útil del
producto y garantiza las propiedades físicas, químicas y
nutricionales de los alimentos.
El secado es un proceso de alto costo, que representa en-
tre el 35% y 40% del costo total de producción. Entre
los procesos de secado que se aplican en la actualidad se
encuentran los métodos industriales, el secado solar y la
combinación de ambos como una manera de reducir el
consumo de energía y mejorar la calidad del producto.
Como los colectores industriales no están al alcance de la
mayoría de los pequeños agricultores, el empleo de ener-
gías alternativas renovables, de bajo costo y no contami-
nantes incrementa la viabilidad económica del proceso,
al reducir sus costos de aplicación.
Los colectores solares son una alternativa para el seca-
do en los países en desarrollo, donde el secado al aire
libre es el método de conservación más utilizado por los
pequeños agricultores. Teniendo en cuenta que un alto
porcentaje de estos agricultores no tienen acceso a la red
eléctrica, y que el uso de energías mediante combusti-
bles fósiles no ha sido factible debido a los costos, una
alternativa eficaz de secado de sus productos es el uso de
energías renovables.
Varios tipos de colectores solares se han desarrollado y
evaluado teniendo en cuenta su implementación en las
regiones tropicales y subtropicales. Existen factores eco-
nómicos, sociales, medioambientales y culturales que
son relevantes dentro del diseño de las tecnologías de se-
cado. Para los productores agrícolas de pequeña escala,
solamente son significativas las actividades e inversiones
que aumentan considerablemente sus ingresos, bien sea
al reducir directamente los costos o al aumentar la pro-
ductividad.
El diseño de colectores solares no es nuevo a latitudes
medias; sin embargo, en nuestro caso no existe un mo-
delo adaptado a las condiciones meteorológicas y físicas
típicas de la ciudad de Riobamba, para que pueda ser usa-
do en la construcción y el diseño de secadores solares,
debido por un lado a la situación geográfica particular
que presenta la ciudad y, por otro, a la complejidad de la
dinámica superficial que depende de factores locales y
cuya teoría en su mayor parte se ha desarrollado en otras
latitudes. Además, hay que ser claros en que la falta de
investigación básica en áreas de la matemática o la física
no ha permitido que se desarrollen este tipo de investiga-
ciones; las limitaciones de desarrollo tecnológico y eco-
nómico han sido otra causa para que esto no suceda; y, lo
que es más, de alguna manera la abundancia de recursos
naturales en el país no ha permitido que se desarrollen en
general las energías alternativas.
Se han planteado diversos modelos matemáticos descrip-
tivos del proceso de secado de productos agrícolas en
colectores solares como una forma de mejorar su opera-
ción. Sin embargo, estos no se aproxi-
man al comportamiento real del colector
solar porque simplifican los fenómenos
gobernantes del proceso y no tienen en
cuenta variables determinantes para un
análisis más preciso. El presente traba-
jo tiene por objeto formular una mode-
lación matemática versátil (que se pro-
gramó en Mathcad y Matlab) capaz de
analizar la transferencia simultánea de
movimiento, calor y masa que ocurre en
un colector solar.
OBJETIVO
Diseñar un modelo matemático de un
colector solar que funcione bajo las con-
diciones físicas y meteorológicas de la
ciudad de Riobamba.
DISEÑO DE COLECTOR SOLAR
El diseño, como tema, ha jugado un
papel determinante en la ciencia y la
técnica. La reducción de los recursos
energéticos en los últimos 20 años y el
incremento de la contaminación am-
biental han incentivado la creación de
diseños más eficientes en el campo de
las energías renovables.
Aunque la práctica del secado con ener-
gía solar es muy antigua, los primeros
trabajos, fundamentalmente de carácter
práctico, se reportan desde 1940. El de-
sarrollo teórico y experimental del tema
se observa a partir de 1960, donde ade-
más se aprecia el avance en el diseño de
los colectores solares.
En el proyecto de energías alternativas
de la ESPOCH (2008) se han desarrolla-
do algunos diseños, con la finalidad de
secar frutas; sin embargo, no han tenido
un sustento teórico lo suficientemente
sólido, ni tampoco se ha verificado su
eficiencia en forma rigurosa. Además,
en ese proyecto se han estudiado dife-
rentes tipos de energías alternativas y se
ha creado una base de datos meteoroló-
gicos muy útiles para tal fin (2006).
También, en países como Perú se han
ISSN 1390-5740 Número 12 Vol. 2 (2014)
ISSN 2477-9105
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Q = Q + Q +
Q
Q
Q
c
A
Q
c
realizado trabajos importantes en este
sentido, como el caso de “Calculation
and construction of a solar dryer by na-
tural convection for drying of non-tradi-
tional medicinal plants”, el cual presenta
el diseño, el cálculo y la construcción de
un colector solar indirecto por convec-
ción natural para el secado de plantas
medicinales aromáticas no tradicionales;
o el “Diseño y evaluación de un colector
solar para secado industrial de tomate”,
en el mismo sentido (2003). Además,
se pueden tomar como referencia otros
trabajos como el de “Construcción de
un colector solar de frutas y verduras:
una experiencia ciudadana”, de México
(2009), o “Aplicación de la energía so-
lar al secado de chile jalapeño” (2005),
en Chile, donde se comercializa amplia-
mente este tipo de productos, entre otros.
Para diseñar colectores solares se han
empleado métodos analíticos y numé-
ricos, que requieren metodologías com-
plejas y extensas que deben ser utiliza-
das por personal de alta calificación. La
aplicación de métodos gráficos simplifi-
ca el estudio y le proporciona dinamis-
comportamiento del colector: para ello se emplea un
modelo matemático y un programa de computación que
posteriormente, únicamente con ajustar los parámetros
de ingreso, podrían ser aplicados para otros fines, con las
ventajas que esto conlleva en el diseño y la construcción
de los colectores solares.
El diseño que utiliza la modelación matemática se ha em-
pleado fundamentalmente en colectores solares y no en
colectores. La eficacia de este procedimiento radica en
la simplificación del modelo, y esto se presenta en forma
de ecuaciones diferenciales cuya solución utiliza méto-
dos numéricos y programas de computación con elevado
grado de complejidad, pero que dan resultados altamente
eficientes y que en nuestro país muy poco se han apli-
cado, por la dificultad de las condiciones físicas y me-
teorológicas. El presente trabajo es, así, el inicio de un
proyecto más amplio que pretende el diseño completo de
un secador, pero por ahora nos centramos en las caracte-
rísticas del colector.
Análisis del proceso de transferencia de calor en un
colector de placa plana
Ecuación de Balance Energético en colectores de placa
plana [12].
du
mo y carácter práctico; sin embargo, li-
mita la reproducción y el ajuste en otras
abs útil perd
dt
(1)
condiciones diferentes, dificultando de
abs
(W): Calor total incidente absorbido por unidad de
esta manera la aplicación del modelo.
tiempo.
El Ecuador, por su particular posición
útil
(W): Calor útil que se transfiere al fluido de tra-
geográfica y por ser una zona de conver-
bajo.
gencia de corrientes marinas y aéreas, se
perd
(W): Pérdidas de calor (alrededores) por radiación,
caracteriza por tener condiciones meteo-
rológicas particulares; y si a eso se añade
su relieve, se tiene que las condiciones
físicas del suelo producen una serie de
microclimas con condiciones dinámicas
de la atmósfera, en general, complejas.
Para diseñar colectores solares se usan
métodos que soportan fundamental-
convección y conducción.
du/dt (W): Rapidez del cambio de energía almacenada en
el colector, que se puede considerar despreciable en prin-
cipio, considerando que la misma cambia lentamente.
du
= 0 (2)
dt
mente dos elementos: los balances de
energía y el uso de modelos del com-
abs
= IA (τα) (3)
portamiento térmico del sistema. Los al-
goritmos basados en el comportamiento
térmico del sistema son los más emplea-
dos, por su facilidad y probada eficacia,
y los datos se obtienen de evaluaciones
de prototipos o mediante el análisis del
I (W/m
2
): Radiación solar incidente.
(m
2
): Área efectiva del colector.
τ: Transmitancia solar efectiva de la cubierta del colector.
α: Absorbancia de la placa absorbente del colector.
l
a
n=0
T
p
c
r
U
pm
a
l
l
T
T
t
t
R
2
Q
pm
f
1
C
p
l
R
R
R
1
Análisis térmico del colector
El producto (τα) es una propiedad del conjunto cubierta
translúucida-superficie absorbedora, llamada transmisi-
vidad absorbida, que es el resultado de las sucesivas re-
incidente y la temperatura del fluido de
trabajo al entrar al colector.
Considerando las ecuaciones 1, 3 y 6,
tendremos:
flexiones que se producen entre ellas; así, τ es la transmi-
sividad del recubrimiento en un determinado ángulo de
útil
= A [S - U (T - T )] (7)
incidencia, y α es la absortividad angular de la superficie
absorbedora, de toda la energía incidente que es absorbi-
da por la placa, y (1- α) τ es reflejado hacia la cubierta,
siendo reflejada de nuevo hacia la superficie absorbedora
(1- α) τρ, que generalizado nos da la ecuación 4.
Con S (W) energía absorbida S = I(τα).
La placa absorbente debe estar bien
aislada hacia abajo. La mayor parte de
pérdidas al exterior se producen a través
de la cubierta superior, cuyo balance de
energía se puede expresar por la ecua-
(τα) = τ.α ∑
∞
[(1-α)ρ]
n
=
τ.α
1 - (1 - α) ρ
(4)
ción 8:
U (T - T ) + h (T
- T ) + h (T - T ) = 0 (8)
t a
c
r p c 1 f c
ρ: Refractancia difusa, toma diferentes valores según el
Con temperatura (T ) de la placa absor-
número de cubiertas que se utilicen para 1 cubierta ρ =
bente, (T ) tem
p
de la cubierta y
0,16, para 2 cubiertas ρ = 0,24, para 3 cubiertas ρ = 0,29,
para 4 cubiertas ρ = 0,3 [14].
c
temperatura
peratura
del fluido (figura 1), da-
das en °C y h coeficiente convectivo en-
Q
m (kg): Masa de aire.
útil
= mC
dT
dt
(5)
tre el aire y la cubierta en W/m2°C [4].
Las resistencias equivalentes que re-
presentan la oposición a las pérdidas de
calor por convección (1/h ) y pérdidas
por radiación (1/h ) están representadas
(J/kgºC): Capacidad calorífica del fluido.
dT/dt (ºC/s): Rapidez del cambio de cambio de tempera-
tura con respecto al tiempo.
por R1 y R2; R4 expresa la resistencia
a pérdidas por convección y radiación;
y R3 la resistencia a la conducción por
el aislante térmico en la parte inferior
Q = U A (T - T ) (6)
y lados del colector. R4 es usualmente
perd
l c pm a
muy pequeña (despreciable) (figura 1).
(W/m2ºC): Coeficiente de pérdidas de calor por ra-
La idea es tratar de obtener una resisten-
diación, convección y conducción, T (ºC) temperatura
cia equivalente (Req). Esta resistencia
media de la placa de absorción, y T
biente.
temperatura del am-
es igual al inverso del coeficiente total
de pérdidas de calor Req=1/U . Podemos
La temperatura media de la placa es función del diseño
del colector, y a su vez, este depende de la radiación solar
decir entonces que U es la suma de va-
rios coeficientes de pérdida de calor, que
se puede expresar como el inverso de
sus resistencias, así:
T U
Cubierta transparente
U = U + U + U (9)
C t
l t b e
1
FLujo dE AIRE
2
P
3
U
f
Absorbedor
Aislante térmico
Donde U es el coeficiente total de trans-
ferencia de calor para la parte superior
del colector y es igual al inverso de la
suma de las 2 primeras resistencias.
b
U =
1
(10)
Figura 1. Representación de un colector plano y variables que intervienen.
+ R
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U
e
3
(
t r 1 b 2 r r
U
e
u l f a
a
a
l
1 r t 2 2 r 1 2
(
t
t
h
1
f
2
f
u
ε
w
w
ε
b
C f
P f
b
R
U
=
2
C f
p
1
u
1
2
2
y U son los coeficientes de pérdida
(
Sh -(T -T )(U h +U h +U h )
de calor por conducción en el fondo y
(T -T ) =
r f a t 2 t r b r
(17)
los lados, respectivamente, que tienen (U +h +h )(U +h +h )-h
2
que ver con R . Además, en estos coe-
ficientes también tienen relación las di-
t r 1 b 2 r r
mensiones del colector, y el tipo y gro-
S(U+h+h )-(T-T)(Uh+UU +U h+U h+U h )
(18)
sor del aislante utilizado, de manera que (T -T ) =
t r 1 f a t r t b b r b r b 1
se escribe las relaciones [14]:
(U+h+h )(U +h +h)-h
2
+ U =
1
3
K
(11)
Usando estas relaciones y asociándolas, se obtiene:
q =F
1
(S - U (T - T )) (19)
a
(12)
b
1
Con
K MP
U =
(13) h h + U h + h h + h h
e
1A
F
1
=
1 r 1 2 2 r 1 2
(20)
(U + h + h )(U + h + h ) - h
2
K (W/m2°C): Conductividad
térmica
del aislante.
t r 1 b 2 r r
l (m): Espesor. (U + U )(h h + h h + h h ) + U U )(h - h )
P (m): Perímetro del colector.
b t 1 r 2 r 1 2
U =
b t 1
2
(21)
M (m): Altura del colector.
De la misma forma, si se realiza un ba-
lance en la cubierta, tendremos la ecua-
ción 14:
h h + U h + h h + h h
Como se ha expresado, el coeficiente global de pérdidas
es función de otros coeficientes de pérdidas; en las par-
tes superior e inferior (U , U ), es necesario realizar un
t b
S+U (T -T )+h (T -T )+h (T -T ) = 0 (14)
proceso interactivo para conocer dichos valores ya que
en principio no se conocen las temperaturas superiores
b a p r c p 2 f p
ni inferiores.
Con h coeficiente convectivo entre el
aire y la placa en W/m
2
C.
Sh -(T -T )(Uh +Uh +U h )
(15)
Cálculo de U , coeficiente de transferencia de calor [4]
por convección, utilizados en colectores solares planos.
(
N
-1
(T -T) =
r f a
t 2 t r b r
1
(U+h +h )(U +h +h )-h
2
(
e
+
+
t r 1 b 2 r r
U=
C
Tpm
Tpm-Ta
w
N+f
(22)
El balance en el fluido nos da la ecua-
ción 16:
σ(Tpm-Ta)(T
2
pm-T
2
a)
2N+f-1+0,133ε
((ε +0.00059)(N)h )
-1
+
1
-N
h (T - T ) + h (T - T ) = q (16)
2 w
Con q ganancia de calor útil por unidad
Donde N es el número de capas del colector, ɛ y ɛ son
de área W/m
2
.
De las relaciones dadas se puede esta-
emisividad de la cubierta y la superficie absorbedora, f, C
y e se obtienen según las siguientes expresiones:
blecer:
f = (1 + 0.089h + 0.1166h ).(1 + 0.07866N) (23)
Q
[
m c
c l
h
m c
1
ai
s
v
K
K
T = T +
Q
h
i
v
h
a
Q
a
(
w
U
=
e
v
pm
Q
c
C = 520(1- 0,000051β
2
) (24)
T =
1
L
T(y)dy =T +
u
(1 - F
11
) (30)
fm
L
∫
0
f
i
A F U
(
Tpm
C R L
e = 0,430
1 -
100
(25)
Con F
11
factor de flujo dado por la ecua-
ción:
β (°): Ángulo de inclinación del colector.
hw(W/m2°C): Pérdidas en el colector debido al viento.
F
11
=
a p
1 - exp
-
A U F
1
A U F
1
(31)
c l
a p
= 2,8 + 3v (26)
Con v (m/s) velocidad del viento.
Las pérdidas que se producen en la parte inferior del co-
lector Ub son debidas en su mayor parte a las caracterís-
ticas del aislante, y se puede expresar como [4]:
K
Existiendo una relación entre el factor
de dispersión de calor, el factor de efi-
ciencia del colector y el factor de flujo.
F =F
1
F
11
(32)
Con F factor de disipación de calor, de-
ais
b
ais
(27)
finido como:
m c
[
(
A
c
U
l
F
K (W/m°C): Conductividad térmica.
a pa
F =
1 - exp
-
(33)
ais
A U
m c
e (m): Espesor del aislante.
Los coeficientes convectivos se pueden suponer iguales
para el colector (h1= h2 = h), que se obtendrá a partir del
número de Nusselt:
c l
a p
Combinando las expresiones dadas se
puede obtener una relación para la tem-
peratura media de la placa absorbedora:
h = N
v
h
(28)
pm fi
u
A F U
(1 - F )
(34)
C R L
Con K conductividad térmica del aire (W/m°C) y D Con un proceso de interacción se pue-
longitud característica en el colector o diámetro hidráu- de partir de un cálculo inicial de estos
lico (m
2
), que en superficies paralelas coincide dos veces valores para un T = T + 20 aproxima-
la distancia entre placas.
Para obtener el número de Nusselt N , según Duffie y
Bekcman [4], es posible utilizar la expresión:
damente, repitiendo el proceso hasta
que converja; y una vez que se puede
obtener el calor útil, podemos hallar la
temperatura de salida T y la eficiencia,
ecuaciones 35 y 36, respectivamente
ρvD m D
h a h
R =
=
(29)
e
µ D µ
T = T +
u
m .c
(35)
Con ρ densidad del aire (kg/m
3
), m caudal másico del
a pa
aire (kg/s), µ viscosidad dinámica del aire (kg/ms) y Af
u
sección transversal del colector por donde pasa el aire.
La temperatura media del fluido para la cual se evaluarán
las propiedades del fluido se define [4] según la expre-
sión:
ɳ =
I.A
(36)
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e
o
v
Temperatura (ºC)
Presión (mb)
e
m
k
v
m
Propiedades físicas del aire
El comportamiento del aire varía según
las condiciones de la zona, pudiéndose
bien, sea la encargada de limpiar por sí sola la superfi-
cie), se les puede dar una inclinación de ±10° sin que esto
afecte sensiblemente su funcionamiento [4,8].
definir calor específico C
como:
(J/kg.K) [8]
RESULTADOS
Para el desarrollo del trabajo se procedió a establecer
C = 999,2 + 0,1434T + 1,101 x
ciertos parámetros fundamentales bajo condiciones típi-
1010
-4
T
2
- 6,7581 x 10
-8
T
3
(37)
T: Temperatura (°K) del aire húmedo.
De la misma forma se aplica a la densi-
dad ρ(kg / m3):
cas de la ciudad de Riobamba; para ello se tomó como
referencia una altura respecto al nivel del mar de 2750 m,
Latitud: 1º 39’ 58’’ S Longitud: 78º 39’ 33’’ O, así como
datos de presión atmosférica, temperatura ambiente, ra-
diación solar, velocidad del viento, entre otros, tomados
en la estación meteorológica de la ESPOCH, desde el año
2007 hasta la fecha.
ρ =
(
P
O
353,44
(39)
P
T + 273,15
P : Presión a nivel del mar.
P: Presión en la ciudad de Riobamba,
tabla I.
768,80
768,60
768,40
768,20
y = -0,0006x +
768,38 R
2
= 0,0129
P = 768,36
Viscosidad dinámica µ (N.s/m2)
μ = 1,718x10
-5
+ 4.62x10
-8
xT
(39)
768,00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51
Meses
Figura 2. datos mensuales de presión atmosférica
en la ciudad de Riobamba en el período 2007-2012
Conductividad térmica k (W/m.K)
= 0,0244 + 0,7673x10
-4
xT (40)
18,00
16,00
Inclinación del colector solar
El ángulo de inclinación óptimo de las
superficies captadoras de un sistema so-
lar está determinado por muchos facto-
res; entre ellos, la radiación incidente en
el lugar donde va situada la instalación y
el cielo solar, donde influye la sombra de
14,00
12,00
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
y = -0,0118x + 13,293
R
2
= 0,045
T = 13,61
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51
Meses
objetos que no pueden ser eliminados,
(como edificios, montañas, etc.).
La ubicación del colector en nuestro
caso (hemisferio sur) debería estar hacia
el norte, con una inclinación similar a la
latitud para que los rayos del sol incidan
perpendicularmente a la superficie y se
tenga mejor aprovechamiento; pero por
cuestiones de limpieza (para que el pol-
vo que se acumula en la superficie tienda
a resbalar, la lluvia no se acumule y, más
Figura 3. datos promedios mensuales de temperatura ambiente en
la ciudad de Riobamba en el período 2007-2012
Usando estos datos se ha procedido a determinar paráme-
tros necesarios para el funcionamiento del modelo.
Para la verificación de funcionamiento y comparación de
resultados se ha tomado una serie de datos a nivel del mar
en el aeropuerto de Guayaquil y otra en Riobamba, con
flujos másicos de referencia de 0,06 Kg/s y dimensiones
del colector de 1m x 1m.
Temperatura (ºC)
Temperatura (ºC)
Eficiencia %
datos Guayaquil
datos riobamba
Hora
Velocidad
Temperatura
Radiación
Presión
Velocidad
Temperatura
Radiación
Presión
m/s
ºC
W/m
2
mb
m/s
ºC
W/m
2
mb
7:00
1,67
22
88,92
1140
0,3
10,9
84,1
768,3
8:00
1,67
23
215,78
1140
0,4
12,4
170,9
768,3
9:00
1,94
24
274,07
1140
1,1
13,9
297,3
768,4
10:00
1,94
25
220,32
1150
1,9
15
448,1
768,3
11:00
1,94
26
428,85
1140
1,4
17,9
1076,7
768,1
12:00
1,94
28
775,22
1130
2
19
1035,3
768,1
13:00
1,94
29
604,75
1120
6,2
18,2
349,3
768,2
14:00
2,22
29
550,13
1110
3,5
15,7
109,6
768
15:00
2,5
30
496,63
1110
1,7
16,8
216,3
768
16:00
2,5
29
323,87
1100
2,7
15,7
102,5
768
17:00
2,5
28
292,97
1110
0,9
14,6
90,7
768
Guayaquil Riobamba
10
8
6
4
2
0
7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Horas
Figura 4. Incremento de temperatura en los datos procesados
de Guayaquil y Riobamba
CONCLUSIONES
• El modelo no presenta diferencias
significativas entre los resultados
procesados de las medidas hechas
en la ciudad de Guayaquil (nivel del
mar) y la ciudad de Riobamba (2700
metros sobre el nivel del mar), pero
sí frente a los resultados de Badajoz
(España).
• La diferencia de temperatura llega
hasta 9,47 °C en la ciudad de Rio-
bamba y 6,81 °C en Guayaquil, ob-
servándose un mayor gradiente en
Salida
Guayaquil
40
35
25
20
15
10
5
0
Entrada
Guayaquil
Salida
Riobamba
Entrada
Riobamba Riobamba a lo largo del día; sin em-
bargo, se nota mayor estabilidad en
Guayaquil que en Riobamba.
• Comparando con resultados simila-
res hechos en la ciudad de Badajoz,
se puede notar una mayor eficiencia
en Riobamba y Guayaquil, dadas las
variaciones de inclinación solar.
• La temperatura alcanza entre 34,81
7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Horas
Figura 5. Temperatura de salida y entrada del modelo de simulación
del colector con datos de ingreso de Guayaquil y Riobamba
57,5
57
56,5
56
55,5
88,9 215,8 274,1 220,3 428,9 775,2 604,8 550,1 496,6 323,9 293,0
Radiación solar W/m
2
Figura 6. Resultados de eficiencia de salida del colector respecto a la
radiación solar ingresada con los datos de Guayaquil
°C y 21,09 °C en las ciudades de
Guayaquil y Riobamba, respectiva-
mente, en las pruebas realizadas, con-
dición que debe tomarse en cuenta en
el diseño de secadores para mejorar
el proceso de secado y la eficiencia.
• La dirección del colector en nuestro
caso (hemisferio sur) debe estar hacia
el norte con una inclinación similar a
la latitud, para que los rayos del sol
incidan perpendicularmente a la su-
perficie y se tenga mejor aprovecha-
ISSN 1390-5740
Número 12 Vol. 2 (2014)
ISSN 2477-9105
Llosas, Haro, Sánchez, Audelo.
m = 0,06 kg/s
Eficiencia
instantánea %
Eficiencia
%
T
emperatura
salida
colector (ºC)
miento; pero por cuestiones de lim-
pieza del polvo (que se acumula en la
superficie) y de la lluvia (para que no
se acumule y, más bien, sea la encar-
gada de limpiar la superficie) se le ha
dado una inclinación de ±10° sin que
esto afecte sensiblemente su funcio-
namiento, dado que la ecuación defi-
57,5
57
56,5
56
55,5
55
84,1 170,9 297,3 448,1 1076,71035,3 349,3 109,6 216,3 102,5 90,7
Radiación solar W/m
2
nida en la teoría [1] es inaplicable en
nuestro caso.
Figura 7. Resultados de eficiencia de salida del colector respecto
a la radiación ingresada con datos de Riobamba
Experimental Simulado
45
40
35
30
25
20
Experimental Simulado
39
38
37
36
35
34
33
32
880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1080
Radiación global W/m
2
880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1080
Radiación global W/m
2
Figura 8. Resultados de eficiencia de salida del colector respecto
a la radiación ingresada con los datos de Badajoz (España)
Figura 9. datos de temperatura de salida del colector respecto a la
radiación incidente en la ciudad de Badajoz (España)
RB
eibfleiorgernacfiíaascomplementaria
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