Simulación de un colector solar plano con almacenamiento térmico para el secado de alimentos
DOI:
https://doi.org/10.22517/23447214.24835Palabras clave:
almacenamiento de energía térmica, colector solar, energía solar, secado, simulación numérica de fluidosResumen
Esta investigación aborda la simulación numérica de un fluido de trabajo, utilizando el software especializado SolidWorks Flow Simulation, analizando el comportamiento de un aire de secado en un colector solar plano con almacenamiento de energía térmica. Además, uno de los principales centros de estudio computacional es la relación entre caudal, temperatura del aire a la salida del colector y eficiencia; Este estudio permite a los investigadores una visión de los principios del diseño de estas tecnologías, especialmente si se enfoca en el secado de alimentos. A continuación, se hace una propuesta sobre los requisitos a tener en cuenta para el dimensionamiento de los colectores en función de los requisitos del producto a secar. Entre los resultados obtenidos, se establece que un colector correctamente diseñado y bajo un flujo de aire variable, en función de la intensidad de la irradiación en coordenadas y ubicación específicas, puede alcanzar eficiencias cercanas al 30% con temperaturas cercanas a los 60 ° C, siendo ideal para inyectar este fluido en una cámara de secado, donde se encuentra disponible el alimento a deshidratar. Para la selección del volumen del material para almacenamiento de energía, se recomienda tomar como base las temperaturas de fusión, con un flujo de aire constante, es normal que, dentro del sistema, la temperatura varíe dependiendo de la posición, por lo tanto, recomienda la aplicación de materiales con diferentes temperaturas de fusión, los cuales se encuentran estratégicamente ubicados dentro del tanque de almacenamiento.
Descargas
Citas
[1] D. Kizildag, J. Castro, H. Kessentini, E. Schillaci, and J. Rigola, "First test field performance of highly efficient flat plate solar collectors with transparent insulation and low-cost overheating protection," Sol. Energy, vol. 236, no. February, pp. 239-248, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2022.02.007
[2] B. V. Balakin, M. Stava, and A. Kosinska, "Photothermal convection of a magnetic nanofluid in a direct absorption solar collector," Sol. Energy, vol. 239, no. April, pp. 33-39, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2022.04.027
[3] W. Ajbar, J. A. Hernández, A. Parrales, and L. Torres, "Thermal efficiency improvement of parabolic trough solar collector using different kinds of hybrid nanofluids," Case Stud. Therm. Eng., vol. 42, no. November 2022, p. 102759, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.csite.2023.102759
[4] D. García-Menéndez, J. C. Ríos-Fernández, A. M. Blanco-Marigorta, and M. J. Suárez-López, "Dynamic simulation and exergetic analysis of a solar thermal collector installation," Alexandria Eng. J., vol. 61, no. 2, pp. 1665-1677, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.06.075
[5] A. A. Al-Tabbakh, "Numerical transient modeling of a flat plate solar collector," Results Eng., vol. 15, no. August, p. 100580, 2022, DOI: https://doi.org/10.1016/j.rineng.2022.100580
[6] D. De Maio, C. D'Alessandro, A. Caldarelli, M. Musto, and R. Russo, "Solar selective coatings for evacuated flat plate collectors: Optimisation and efficiency robustness analysis," Sol. Energy Mater. Sol. Cells, vol. 242, no. February, p. 111749, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2022.111749
[7] A. Dhaundiyal and D. Atsu, "The effect of thermo-fluid properties of air on the solar collector system," Alexandria Eng. J., vol. 61, no. 4, pp. 2825-2839, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.08.015
[8] K. N. Yehualashet, O. Fatoba, and S. M. Asfaw, "Experimental study and numerical analysis of thermal performance of corrugated plate solar collector," Mater. Today Proc., vol. 62, pp. 2849-2856. 2022, DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.02.414
[9] A. O. Al-Sulttani et al., "Thermal effectiveness of solar collector using Graphene nanostructures suspended in ethylene glycol-water mixtures," Energy Reports, vol. 8, pp. 1867-1882, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.01.007
[10] A. M. Ajeena, P. Víg, and I. Farkas, "A comprehensive analysis of nanofluids and their practical applications for flat plate solar collectors: Fundamentals, thermophysical properties, stability, and difficulties," Energy Reports, vol. 8, pp. 4461-4490, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.03.088
[11] O. Panagopoulos, A. A. Argiriou, A. Dokouzis, S. O. Alexopoulos, and J. Göttsche, "Optical and thermal performance simulation of a micro-mirror solar collector," Energy Reports, vol. 8, pp. 6624-6632, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.05.007
[12] L. Xu, A. Khalifeh, A. Khandakar, and B. Vaferi, "Numerical investigating the effect of Al2O3-water nanofluids on the thermal efficiency of flat plate solar collectors," Energy Reports, vol. 8, pp. 6530-6542, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.05.012
[13] E. Gaudino, M. Musto, A. Caldarelli, D. De Luca, E. Di Gennaro, and R. Russo, "Evaluation of the absorber temperature frequency function valid for evacuated flat plate collectors," Energy Reports, vol. 8, pp. 1071-1080, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.05.275
[14] Y. Wenceslas Koholé, F. Cyrille Vincelas Fohagui, and G. Tchuen, "Flat-plate solar collector thermal performance assessment via energy, exergy and irreversibility analysis," Energy Convers. Manag. X, vol. 15, no. June, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2022.100247
[15] A. Al-Manea, R. Al-Rbaihat, H. T. Kadhim, A. Alahmer, T. Yusaf, and K. Egab, "Experimental and numerical study to develop TRANSYS model for an active flat plate solar collector with an internally serpentine tube receiver," Int. J. Thermofluids, vol. 15, no. August, p. 100189, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijft.2022.100189
[16] T. desisa Rago, "Experimental and Numerical Investigation of Heat Transfer Characteristics in Solar Flat Plate Collector Using Nanofluids," SSRN Electron. J., vol. 18, no. March, p. 100325, 2022. DOI: https://doi.org/10.2139/ssrn.4282071
[17] P. Pourmoghadam, M. Farighi, F. Pourfayaz, and A. Kasaeian, "Annual transient analysis of energetic, exergetic, and economic performances of solar cascade organic Rankine cycles integrated with PCM-based thermal energy storage systems," Case Stud. Therm. Eng., vol. 28, p. 101388, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101388
[18] K. Lentswe, A. Mawire, P. Owusu, and A. Shobo, "A review of parabolic solar cookers with thermal energy storage," Heliyon, vol. 7, no. 10, p. e08226, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e08226
[19] G. Sadeghi, M. Najafzadeh, and H. Safarzadeh, "Utilizing Gene-Expression Programming in Modelling the Thermal Performance of Evacuated Tube Solar Collectors," J. Energy Storage, vol. 30, no. March 2020, p. 101546, 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101546
[20] J. Deng, T. S. O'Donovan, Z. Tian, J. King, and S. Speake, "Thermal performance predictions and tests of a novel type of flat plate solar thermal collectors by integrating with a freeze tolerance solution," Energy Convers. Manag., vol. 198, no. April, p. 111784, 2019, DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.111784
[21] V. Unterberger, K. Lichtenegger, V. Kaisermayer, M. Gölles, and M. Horn, "An adaptive short-term forecasting method for the energy yield of flat-plate solar collector systems," Appl. Energy, vol. 293, p. 116891, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.116891
[22] W. Villasmil, M. Troxler, R. Hendry, P. Schuetz, and J. Worlitschek, "Control strategies of solar heating systems coupled with seasonal thermal energy storage in self-sufficient buildings," J. Energy Storage, vol. 42, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103069
[23] M. M. Ali, O. K. Ahmed, and E. F. Abbas, "Performance of solar pond integrated with photovoltaic/thermal collectors," Energy Reports, vol. 6, pp. 3200-3211, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.11.037
[24] T. Zhang, G. Lu, X. Zhai, and B. Li, "Structure optimization of a phase change material integrated solar air collector/storage unit based upon phase change analysis," Energy Reports, vol. 7, pp. 1828-1836, 2021, DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.03.040
Descargas
-
Vistas(Views): 129
- PDF (English) Descargas(Downloads): 41
- HTML Descargas(Downloads): 0
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2023 Scientia et Technica
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Derechos de autor y licencias
La revista es de acceso abierto gratuito y sus artículos se publican bajo la licencia Creative Commons Atribución/Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo los mismos términos 4.0 Internacional — CC BY-NC-SA 4.0.
Los autores de un artículo aceptado para publicación cederán la totalidad de los derechos patrimoniales a la Universidad Tecnológica de Pereira de manera gratuita, teniendo en cuenta lo siguiente: En caso de que el trabajo presentado sea aprobado para su publicación, los autores deben autorizar de manera ilimitada en el tiempo, a la revista para que pueda reproducirlo, editarlo, distribuirlo, exhibirlo y comunicarlo en cualquier lugar, ya sea por medios impresos, electrónicos, bases de datos, repositorios, discos ópticos, Internet o cualquier otro medio requerido.
Los cedentes mediante contrato CESIÓN DE DERECHOS PATRIMONIALES declaran que todo el material que forma parte del artículo está totalmente libre de derechos de autor de terceros y, por lo tanto, se hacen responsables de cualquier litigio o reclamación relacionada o reclamación relacionada con derechos de propiedad intelectual, exonerando de toda responsabilidad a la Universidad Tecnológica de Pereira (entidad editora) y a su revista Scientia et Technica. De igual forma, los autores aceptan que el trabajo que se presenta sea distribuido en acceso abierto gratuito, resguardando los derechos de autor bajo la licencia Creative Commons Atribución/Reconocimiento-No Comercial- Compartir bajo los mismos términos 4.0 Internacional — CC BY-NC-SA 4.0.
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
A los autores, la revista Scientia et Technica tiene la obligación de respetarle los derechos morales (artículo 30 de la Ley 23 de 1982 del Gobierno Colombiano) que se les debe reconocen a estos la paternidad de la obra, el derecho a la integridad y el derecho de divulgación. Estos no se pueden ceder ni renunciar.