Estudio del comportamiento de las variables termodinámicas del aire, aplicando almacenamiento de energía dentro de un colector solar plano.

Abstract

Esta investigación de energías renovables aplicada a procesos de producción sostenible, tiene como enfoque el estudio de los colectores solares planos para el calentamiento de aire de secado, a una temperatura cercana a los 60 °C. Con el propósito de aplicar los más recientes avances en investigación para el diseño se establece como objetivos específicos, primero definir los mecanismos, materiales y teorías que deben ser aplicados en el diseño de un colector solar; segundo simular el comportamiento de los fluidos térmicos dentro del sistema y aplicar el diseño del colector en la construcción para verificar las teorías planteadas. Dentro de la metodología se establece el uso de software especializado en el análisis de bases de datos, para identificar los más recientes avances tecnológicos en el diseño de colectores solares para el secado de alimentos. Seguido se usa el análisis computacional de fluidos en SolidWorks Flow Simulation, para diseñar el colector solar y poder definir características o requerimientos de los equipos usado para generar un flujo forzado del aire. Con la construcción del sistema de calentamiento de aire, fue posible evidenciar el comportamiento del colector con y sin almacenamiento de energía térmica usando materiales de cambio de fase (MCF). De las pruebas realizadas se concluye que el comportamiento de la temperatura del aire a la salida del colector es más estable cuando se aplican el MCF, los tiempos de secado se prolonga entre 1 y 3 horas dependiendo de la radiación solar del día. Para aquellas circunstancias en las que un clima nublado disminuye la irradiación a valores cercanos a los 150 W/m2 el sistema puede generar un aire con al menos 10 °C más que la temperatura ambiente. El colector tiene una eficiencia dependiente del caudal del aire y la intensidad de la irradiación, por lo cual se recomienda garantizar una hermeticidad de los sistemas de secado.