Modelación del comportamiento térmico y extracción de energía de un estanque solar con inversor de flujo helicoidal y nano fluidos

Abstract

Se realizó un modelo matemático para estudiar el comportamiento de un estanque solar. Se estudió la transferencia de calor dentro del estanque, así como la extracción de calor con un inversor de flujo helicoidal instalado en el fondo del estanque. Se tomaron las condiciones ambientales locales, como la velocidad del viento, humedad, radiación incidente y temperatura ambiente, para correr la simulación del modelo. El estanque fue dividido en 3 zonas. Se calcularon las ganancias y pérdidas de calor por absorción de la radiación, pérdidas por convección, evaporación, radiación, por las paredes y el suelo, utilizando diferentes modelos y correlaciones. Además, se añadió al modelo la extracción de calor con el uso de nano fluidos, por lo que se usaron correlaciones para calcular sus propiedades. Se resolvió el modelo discretizando las ecuaciones diferenciales y resolviendo para la temperatura del siguiente nodo temporal. El modelo arroja las temperaturas del estanque para diferentes alturas cada 10 minutos, así como la temperatura de salida del intercambiador de calor y el calor extraído. Para validar el modelo, se compararon los datos de la simulación con los datos experimentales de 2 estanques previamente construidos y se construyó uno nuevo de 5 m3. Se instaló un CFI de 8 metros en la zona convectiva inferior y se corrieron 3 pruebas totales, una con agua y las otras dos con el nano fluido Al2O3/agua a 2% y 3% en volumen. Por último, se compararon los datos experimentales y los de la simulación, y se hizo una comparación de la extracción con agua y con nano fluidos.