Numerical and experimental study of a flat plate collector with honeycomb transparent insulation and overheating protection system

Tesis doctoral de Hamdi Kessentini

En esta tesis se presenta un captador solar plano (fpc) con aislamiento transparente plástico (tim ) y un sistema de protección al sobrecalentamiento de bajo coste. Este captador está destinado a suministrar calor en el rango de temperatura de 80 hasta 120°c. Un canal de ventilación es introducido por debajo del absorbedor con una compuerta térmicamente accionada mediante un sistema de resorte de tipo aleación con memoria. Este canal permite proteger el colector en condiciones de estancamiento, preservando al mismo tiempo un buen rendimiento durante el funcionamiento normal. Para este objetivo, un prototipo ha sido construido y probado experimentalmente. En paralelo, diferentes modelos numéricos se han implementado con el objetivo de predecir el comportamiento térmico de este captador. la presente tesis consta de seis capítulos detallados a continuación. En el primer capítulo, se ha realizado una revisión de la literatura con el fin de presentar el estado del arte más actual en el campo de calor solar a temperaturas medias. Esta revisión ha permitido apreciar los últimos hallazgos y desafíos clave relacionados con el tema estudiado y presentar la contribución de este trabajo al conjunto de conocimientos existentes. El segundo capítulo está dedicado a la descripción del dispositivo experimental: descripción técnica del captador, de los diferentes sensores utilizados y los procedimientos de prueba adoptadas. En el tercer capítulo, se ha implementado un modelo numérico de cálculo rápido. Este modelo está basado en la resolución de los diferentes componentes del captador por medio de una plataforma modular orientada a objetos. Pruebas experimentales de interior y exterior se han llevado a cabo y han demostrado la eficacia del sistema de sobrecalentamiento en condiciones de estancamiento. La comparación de los resultados numéricos con experimentos ha demostrado que el código puede reproducir con precisión el funcionamiento térmico del captador. Varias simulaciones paramétricas se han realizado con el fin de optimizar el diseño del captador: se han evalúado 3125 diferentes configuraciones por medio de prototipos virtuales. Los resultados han permitido proponer el diseño más prometedor del fpc con tim de plástico capaz de trabajar a temperatura de funcionamiento de 100 °c con eficiencia prometedora. En el cuarto capítulo, los elementos más críticos del colector (canal de ventilación y cámara de aire&tim) han sido sustituidos por objetos cfd en el código modular implementado. En las simulaciones cfd, se ha utilizado large eddy simulation (les) modelo. Las soluciones numéricas se han validado primero con casos de referencia y a continuación se han verificado los resultados del modelo general del captador por comparación con las pruebas experimentales que han mostrado buena concordancia. Este análisis preliminar ha permitido entender la transferencia de calor y dinámica de fluido a diferentes temperaturas de funcionamiento del colector estudiado. en el quinto capítulo, se ha llevado a cabo un análisis de la transferencia de calor por radiación y conducción en el aislamiento transparente de estructura alveolar. Este analisis ha sido llevada a cobo mediante de la resolución de la ecuación de energía en su forma tridimensional de forma acoplado a la ecuación de transferencia por radiación (rte). Se ha utilizado el método de volúmenes finitos para la resolución de la rte. Los resultados numéricos han sido comparados con resultados experimentales de varios tim dados por diferentes autores en la literatura mostrando acuerdos aceptables. Un estudio paramétrico se ha llevado a cabo para investigar el efecto de la variación de los parámetros ópticos y dimensionales más relevantes del tim en la transferencia de calor. Finalmente, el último capítulo resume la contribución de esta tesis y presenta las posibles direcciones de investigación futura.

 

Datos académicos de la tesis doctoral «Numerical and experimental study of a flat plate collector with honeycomb transparent insulation and overheating protection system«

  • Título de la tesis:  Numerical and experimental study of a flat plate collector with honeycomb transparent insulation and overheating protection system
  • Autor:  Hamdi Kessentini
  • Universidad:  Politécnica de catalunya
  • Fecha de lectura de la tesis:  14/02/2014

 

Dirección y tribunal

  • Director de la tesis
    • Jesús Castro Gonzalez
  • Tribunal
    • Presidente del tribunal: José manuel Pinazo ojer
    • Alberto Coronas salcedo (vocal)
    • (vocal)
    • (vocal)

 

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