SIMBANA, I.; QUITIAQUEZ, W.; CABEZAS, P.    QUITIAQUEZ, P.. Estudio Comparativo de la Eficiencia de Colectores Solares de Placa Plana Rectangular y Triangular mediante el Método de Elementos Finitos. []. , 20, 2, pp.81-89. ISSN 2602-8492.  https://doi.org/10.37116/revistaenergia.v20.n2.2024.593.

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En esta investigación, se comparó la eficiencia de un colector solar de placa plana con geometría triangular y cuadrada, a través del enfoque del método de elementos finitos (FEM, por sus siglas en inglés), se llevó a cabo la simulación. Las geometrías y los parámetros empleados en la simulación fueron extraídos de investigaciones previamente publicadas. Se utilizó el software SolidWorks para el modelado de los dos colectores, mientras que el módulo Fluent del software ANSYS fue utilizado para la simulación por el método FEM. Para los colectores se utilizó una tubería de 7 mm de diámetro interno, con un espesor de placa de 11 mm y de aluminio. Se consideró temperatura ambiente de 20 °C, con una radiación solar de 1000 W·m-2 y superficies de transferencia de calor 61 250 y 122 500 mm2 para el colector triangular y cuadrado, respectivamente. La calidad del mallado fue excelente, alcanzando skewness de 0.2486. De esta manera, luego del proceso de simulación se obtuvo eficiencias de 62 y 39 % y temperaturas máximas de 27 y 25.5 °C para el colector triangular y cuadrado, respectivamente. Debido a que las geometrías actúan como aletas, las temperaturas son más altas en las esquinas y por esto no es posible alcanzar mayor eficiencia.

Abstract:

This investigation compared the efficiency of a

flat-plate solar collector with triangular and square geometry, by using the finite element method (FEM). The design of the geometries and the utilized parameters for the simulation were obtained from previous publications. SolidWorks was used to model the two collectors, meanwhile, the Fluent module of the ANSYS software was used for the simulation by the FEM. Collectors integrated a pipe of 7 mm internal diameter with a plate thickness of 11 mm; the defined material was aluminum. The experiment was conducted under ambient conditions at a temperature of 20 °C, accompanied by a solar radiation intensity of 1000 W·m-2. The heat transfer surfaces employed were 61 250 mm2 for the triangular collector and 122 500 mm2 for the square collector. The quality of the mesh was excellent, obtaining a skewness of 0.2486, with which efficiencies of 62 and 39 % and maximum temperatures of 27 and 25.5 °C were obtained for the triangular and square collectors, respectively. Due to the geometries performing as fins, the temperatures are higher in the corners and, therefore, achieving higher efficiency is impossible.

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