Análisis paramétrico del desempeño térmico de colectores solares planos de aire de circulación natural//Thermal Performance of flat solar collectors for air heating working in natural convection. A parametric analysis

Abstract

El objetivo fue realizar el análisis del desempeño energético de los colectores solares planos de aire con cubierta simple operando con circulación natural. Para el análisis se modeló y simuló mediante técnicas Computational Fluid Dynamics. Fue analizado el comportamiento del colector ante la variación de los parámetros de diseño y las condiciones de operación (horario del día/ radiación solar incidente). Como resultado se obtuvo la dependencia gráfica y las correlaciones del rendimiento térmico horario y diario del colector, de la temperatura de salida y del flujo de aire entregado en función de la longitud, de la altura del canal y de la radiación incidente. Las correlaciones obtenidas permiten a los diseñadores el uso de herramientas para optimizar el diseño en función del resultado deseado, bien sea mayor temperatura de aire, mayor rendimiento, mayor flujo de aire caliente o alguna combinación de estos parámetros.

Palabras claves: colector solar plano, calentador solar de aire, convección natural, rendimiento térmico.

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Abstract

In this paper the analysis of the energetic performance of flat solar collectors for air heating with simple cover operating in natural circulation regime was developed. For the analysis the collector was modelled and simulated with CFD technics, using the Fluent 6.3code. The collector performance was analyzed versus the change of design parameters (length, air canal height) and versus the change of the solar radiation (day hours). As results the graphic dependence and correlations of hourly and daily collector thermal efficiency, of exit air temperature and of air mass flow as function of the collector length, of the air canal height and of the solar incident radiation were obtained. The obtained correlations are useful for the designers of solar air heaters as tools to optimize the design as function of desired objective, either higher air temperature, higher efficiency, higher hot mass flow or any combination of this parameters.

Key words: solar plane collector, air solar heater, natural convection, thermal efficiency.