Determinación del ángulo de inclinación óptimo de un colector solar de tubos evacuados en el Valle del Mantaro

Abstract

En un colector solar de tubos evacuados, la radiación solar colectable es influenciada por diversos factores que incluyen los parámetros estructurales como tipo de colector y distancia central entre tubos adyacentes, parámetros geométricos como el diámetro y tamaño de los tubos solares, ángulo de inclinación y acimut, uso de deflectores, latitud del lugar y las condiciones climáticas. De ellos, en un colector solar comercial, únicamente se puede determinar los ángulos, por esa razón, el objetivo de la presente investigación es determinar el ángulo de inclinación óptimo de un colector solar de tubos evacuados en el Valle del Mantaro. El ángulo de inclinación, β, de cualquier colector se define como el ángulo entre el plano de la superficie del colector y la horizontal, es óptimo cuando el ángulo de incidencia es mínimo para que la radiación directa sea el máximo. El modelo matemático desarrollado se dedujo a partir de la investigación de Tang, Gao, Yu, y Chen (2009), quienes presentan un modelo matemático cuando el colector solar tiene una superficie reflectora detrás de los tubos. El presente modelo considera la radiación directa y difusa, y estima la radiación solar total diaria colectable por unidad de longitud de tubo del colector solar de tubos evacuados, la que es maximizado para determinar el ángulo de inclinación óptimo diario, y a partir de ello se estima para periodos específicos (mensual, anual, etc.). Para la validación del modelo se utilizó un colector solar de 1,48 m2 que contiene 10 tubos de dimensiones de 1800 × 58 mm, las pruebas de campo se realizaron entre las 8:30 am y 4:30 pm, y consistieron en el registro de la evolución temporal (intervalos de 30 min.) de la radiación solar incidente sobre la superficie horizontal y temperatura del agua en el tanque de almacenamiento, con ángulos de inclinación del colector solar estimados por el modelo matemático y otros diferentes, para evaluar su eficiencia. Los ángulos de inclinación óptimos obtenidos con el modelo matemático validado son: 9,17º (anual); –9,03º; –2,70º; 6,51º; 17,09º; 25,95º; 30,04º; 28,37º; 21,19º; 10,91º; 0,44º; –7,71º y –11,05º (mensual, de enero a diciembre) y el diario varía de –11,09º a 30,47º.