Análisis de eficiencia térmica del calentamiento solar de aire mediante un concentrador de canal parabólico como sistema auxiliar en el proceso de secado

Abstract

Un arreglo de concentradores solares de canal parabólico (PTC) fue instalado y evaluado como sistema auxiliar de calentamiento de proceso. El área de apertura del PTC se calculó con relación a la energía calorífica requerida por un secador por aspersión piloto. Turbuladores tipo cinta trenzada fueron diseñados y elaborados para mejorar la eficiencia de transferencia de calor al fluido de trabajo. Los turbuladores se insertaron en los elementos colectores de calor (HCE) de los PTC. La eficiencia teórica del sistema se comparó con la eficiencia calculada de datos experimentales. Aceite térmico y agua se utilizaron como fluido de trabajo en las pruebas de calentamiento. Las pruebas se realizaron siguiendo un diseño experimental 32, con tres niveles de flujo (9,12 y 15 L/min) y tres configuraciones de HCE, (sin, con uno [TT1] y con dos [TT2] cintas torcidas). Durante las pruebas experimentales se midieron la radiación solar y las condiciones ambientales, el flujo volumétrico del fluido de trabajo y las temperaturas en diferentes posiciones del sistema de calentamiento solar. Se determinó que el área de apertura óptima del concentrador solar para su funcionamiento como sistema auxiliar es de 12.104 m2. El empleo de un turbulador incrementó 25 % la transferencia de calor, mientras que el empleo de dos turbuladores incrementa 62 % este parámetro, con respeto a un HCE sin turbulador. La desviación de los valores experimentales con respecto a los teóricos para el factor de remoción de calor (FR) y del coeficiente global de pérdidas (UL) fueron en el aceite 3.5 % y 18.2 %, mientras que en el agua fueron de 5.7 % y 14.3 %. Los valores indican una curva con mayor pendiente en el caso del aceite, debido a que se alcanzan temperaturas superiores a los 120°C, mientras que con el agua se alcanza una máxima de 68.66 °C. Debido a que se alcanzan temperaturas más altas con aceite se tiene una menor eficiencia del PTC, sin embargo, el agua tiene un límite de temperatura de trabajo de 100 °C. El calor útil promedio generado con aceite como fluido de trabajo fue de 3 kW y con agua fue de 6 kW.