Efecto Térmico de Microcanales en la Periferia de un Tubo de Vacío de un Colector Solar Convencional – Análisis Numérico

Abstract

Los colectores solares convencionales para agua sanitaria doméstica se basan en tubos de vacío que operan como sistemas de calentamiento utilizando la radiación solar disponible en la zona. Estos sistemas permiten alcanzar temperaturas de hasta 70°C en condiciones de irradiación superior a los 1200 W/m². Una alternativa para mejorar la distribución del flujo y el área de transferencia de calor es el uso de microcanales, siendo el flujo de fluido en convección forzada la base para este sistema. El presente trabajo propone hacer un arreglo escalado insertado dentro del tubo de vacío del colector solar a fin de incrementar de forma importante la transferencia de calor de la irradiación solar hacia el fluido (agua), reduciendo con ello el tiempo requerido para lograr su incremento de temperatura desde condiciones ambiente, teniendo el fenómeno de convección natural como mecanismo gobernante. Se realizan análisis numéricos en 3D de un sistema de referencia (tubo de vacío) y un sistema mejorado con incrustaciones de canales reducidos en la periferia del tubo de vacío. Los resultados permiten definir el tiempo requerido por el sistema mejorado para lograr las condiciones máximas de temperatura permitidas por la irradiación solar de operación, información que no ha sido reportada en la literatura para este fenómeno de convección natural en tubos inclinados. Se observa una reducción superior a 2 veces con el sistema mejorado comparado con el modelo de referencia.