Aplicación de nanofluidos en un concentrador solar parabólico lineal para aprovechamiento de energía térmica

Abstract

Está investigación analiza el efecto en el desempeño térmico de un Colector Solar Parabólico Lineal (CSPL) debido a la aplicación de nanofluidos como fluido de trabajo. Se utilizan las normas ASHRAE 93-2003 Y SRCC Standard 600 2014-07 para realizar esta evaluación. Se desarrolla un modelo teórico por medio de balances de energía con el fin de comparar los resultados de desempeño térmico con pruebas experimentales y comprender mejor la influencia de los factores que afectan considerablemente el aprovechamiento de calor del concentrador. Se obtiene la eficiencia térmica experimental con la norma ISO 9806 (SRCC Standard 600 2014-07) de un CSPL desarrollado por una empresa nacional, usando agua como fluido de trabajo, para el cual se obtiene una eficiencia máxima de 40%. De igual manera se obtiene la eficiencia experimental usando nanofluidos, formados de agua como fluido base y nanopartículas de óxido de aluminio (H2O − Al2O3 ) de diámetro promedio d = 46.45 nm, cuyo efecto es incrementar la conductividad térmica del fluido base. Se mide y analiza la conductividad térmica y viscosidad del nanofluido, las cuales influyen directamente en el calor transferido del tubo al fluido. Se caracterizan las muestras de nanofluido preparadas para asegurar que la dispersión sea adecuada y la muestra sea estable y homogénea. Se realizan las pruebas con diferentes concentraciones volumétricas (ΦVol), con 3% se obtiene una eficiencia máxima de 44% y con 2% la eficiencia máxima es de 40.2%. Se encontró que usando nanopartículas se puede incrementar el calor absorbido por el fluido y por lo tanto la transferencia de calor entre el tubo receptor del CSPL y el fluido, y por ende beneficiar la eficiencia del concentrador. Uno de los aspectos importantes a considerar en el flujo de nanofluidos es el efecto de las fuerzas viscosas, ya que a menor velocidad del flujo la viscosidad puede disminuir el régimen del flujo y afectar el desempeño del concentrador.