Estudio teórico-experimental de la transferencia de calor en el receptor de un sistema termosolar de torre central

Abstract

En este trabajo se presentan resultados numéricos y experimentales de la transferencia de calor en el receptor de un sistema termosolar de torre central. La cavidad tiene una dimensión de 1 m3 donde una de las paredes recibe un flujo de calor constante y uniforme, mientras que la pared opuesta está abierta al ambiente. El resto de las paredes se suponen adiabáticas. En el interior de la cavidad se encuentra aire, considerando sus propiedades termofísicas como función de la temperatura. Se utilizó el software de dinámica de fluidos computacional Fluent 6.3 para la obtención de resultados numéricos y se construyeron dos prototipos para el estudio experimental. Se generó información experimental sobre el comportamiento de la temperatura del fluido dentro de la cavidad obteniendo perfiles de temperatura a diferentes alturas y profundidades dentro de la misma. Se utilizó dos configuraciones de cavidad: una con paredes de aluminio pulido y otra con paredes pintadas con pintura negro mate. Se utilizaron tres valores de flujo de calor en la pared calentada: 75, 150 y 300 W, así como siete inclinaciones correspondientes a +45, +30, +15, 0, -15, -30 y -45°. En la comparación numérico-experimental se evaluaron 6 modelos de turbulencia (skɛt, rkɛt, rngkɛt, rsm, skrꙍ y sstkrꙍ) y se utilizó el modelo radiativo de ordenada discreta. Encontrándose que la menor diferencia promedio porcentual de temperatura fue con el modelo rkɛt y la mayor con el modelo skrꙍ. Para el receptor se consideraron 3 valores de temperatura en la pared caliente: 600, 800 y 1000 K con inclinaciones de +15 y +30° con valores de emisividad de 0.05 y 0.9 encontrándose que la contribución del intercambio radiactivo va desde un 20% con una emisividad de 0.05 hasta un 91% con una emisividad de 0.9. El cambio en la inclinación del receptor modifica los patrones de temperatura, magnitud de velocidad y vectores, así como la disminución de la transferencia de calor cuando se pasa de +15 a+30°. Por último, se presenta la propuesta y resultados numéricos de un prototipo de receptor-calorímetro para la evaluación térmica de heliostatos del Campo Experimental de Torre Central.