Estudio comparativo de la eficiencia de colectores solares de placa plana rectangular y triangular mediante el método de elementos finitos

• Simbaña, Isaac ^[2] ; Quitiaquez, William ^[1] ; Cabezas, Patricio ^[1] ; Quitiaquez, Patricio ^[1]
  1. [1] Universidad Politécnica Salesiana

     Universidad Politécnica Salesiana

     Cuenca, Ecuador

     
  2. [2] Instituto Superior Universitario Sucre
• Localización: Revista Técnica "energía", ISSN-e 2602-8492, ISSN 1390-5074, Vol. 20, Nº. 2, 2024 (Ejemplar dedicado a: Revista Técnica "energía", Edición No. 20, ISSUE II), págs. 81-89
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Comparative study of the efficiency of rectangular and triangular flat plate solar collectors through finite element method
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• Resumen
  • español

    En esta investigación, se comparó la eficiencia de un colector solar de placa plana con geometría triangular y cuadrada, mediante el método de elementos finitos (FEM, por sus siglas en inglés). El diseño de las geometrías y los parámetros utilizados para la simulación se obtuvieron de publicaciones previas. Se utilizó el software SolidWorks para el modelado de los dos colectores, mientras que el módulo Fluent del software ANSYS fue utilizado para la simulación por el método FEM. Para los colectores se utilizó una tubería de 7 mm de diámetro interno, con un espesor de placa de 11 mm y el material definido fue aluminio. Se consideró temperatura ambiente de 20 °C, con una radiación solar de 1000 W·m-2 y superficies de transferencia de calor 61 250 y 122 500 mm2 para el colector triangular y cuadrado, respectivamente. La calidad del mallado fue excelente, obteniendo skewness de 0.2486, con lo que se obtuvo eficiencias de 62 y 39 % y temperaturas máximas de 27 y 25,5 °C para el colector triangular y cuadrado, respectivamente. Debido a que las geometrías actúan como aletas, las temperaturas son más altas en las esquinas y por esto no es posible alcanzar mayor eficiencia.

  • English

    This investigation compared the efficiency of a flat-plate solar collector with triangular and square geometry, by using the finite element method (FEM). The design of the geometries and the utilized parameters for the simulation were obtained from previous publications. SolidWorks was used to model the two collectors, meanwhile, the Fluent module of the ANSYS software was used for the simulation by the FEM. Collectors integrated a pipe of 7 mm internal diameter with a plate thickness of 11 mm; the defined material was aluminum. An ambient temperature of 20 °C was considered, with solar radiation of 1000 W·m-2 and heat transfer surfaces of 61 250 and 122 500 mm2 for the triangular and square collectors, respectively. The quality of the mesh was excellent, obtaining a skewness of 0.2486, with which efficiencies of 62 and 39 % and maximum temperatures of 27 and 25.5 °C were obtained for the triangular and square collectors, respectively. Due to the geometries performing as fins, the temperatures are higher in the corners and, therefore, achieving higher efficiency is impossible.