Análisis para la mejora del desempeño de colectores cilíndrico parabólicos basada en las condiciones operacionales y utilización de diferentes fluidos de transferencia de calor

Abstract

Este trabajo se centra en estudiar las posibilidades de optimización de los sistemas de concentración solar con colectores cilíndrico parabólicos (CCP) mediante el análisis basado en condiciones operacionales, así como la utilización de diferentes fluidos de transferencia de calor (HTF), con la finalidad de determinar las configuraciones que permitan obtener mejores condiciones de operación, y, aplicar dichos resultados a un caso de estudio en el que se analiza el suministro de calor de CCP para un sistema de destilación multiefecto (MED) diseñado para convertir agua de mar en agua potable, esto como una alternativa para abordar el desafío de escasez de agua en las comunidades indígenas de la Alta Guajira. La simulación del comportamiento térmico y exergético del CCP se realiza con el modelo matemático desarrollado en Engineer Equation Solver (EES). En el desarrollo del trabajo, se ha observado que una relación óptima entre la longitud de apertura y los diámetros del tubo receptor pueden generar mejoras en el rendimiento y el comportamiento del colector. Un ejemplo notable es el modelo de colector LS-2, el cual demostró un rendimiento térmico sobresaliente en comparación con los demás modelos evaluados cuando se trabajaba a temperaturas más elevadas. En general, las eficiencias térmicas se mantuvieron en un rango de 60% a 70%, mientras que las eficiencias exergética oscilaron entre el 30% y el 40%. Además, se pudo observar que las temperaturas de salida del colector se vieron afectadas por la longitud del mismo; al permitir que el fluido de transferencia de calor permanezca más tiempo en el sistema de tubos receptores se lograron temperaturas de salida más altas. Un ejemplo destacado es el colector ET100, el cual logró alcanzar temperaturas de 700°C con algunos gases y en el rango de los 500°C con algunos aceites térmicos, además de eficiencias exergéticas mayores. En cuanto a los HTF, el gas con mejor desempeño fue el hidrogeno (H2), mientras que para los aceites térmicos fue el Dowtherm A. También se encontró que la adición de nanopartículas tiene un claro impacto en el rendimiento de los colectores. Entre los nanofluidos evaluados, el Syltherm 800-MWCNT al 10% de volumen de concentración mostró el mayor porcentaje de mejoras en las eficiencias térmicas y exergéticas, con incrementos de 7,52% y 7,36%, respectivamente. En su punto de operación óptimo (350,9 °C, 0,0005 m3 /s), se lograron valores de eficiencia térmica de 71,84% y exergética de 40,94%. Finalmente, el análisis del calor suministrado por los CCP al sistema de desalinización MED nos permite determinar configuraciones óptimas que contribuyan a un aprovechamiento más eficiente del recurso solar disponible.