Colector solar de alta eficiencia con matriz porosa reciclada

Abstract

Se presenta la construcción y evaluación de un prototipo de colector solar calentador de aire de doble paso en contracorriente con material poroso debajo del absorbedor. Posee como elemento absorbedor una placa negra en forma de cuña y una matriz porosa de acero reciclado. La caja soporte del colector está construida de soleras galvanizadas, material que permitió bajar considerablemente el costo y el peso. Se ensayó el prototipo en la ciudad Salta, con flujo forzado a circuito abierto y pendiente de 39° bajo condiciones invernales. Se calefaccionó un módulo habitacional. El salto térmico medio entre las temperaturas de entrada y salida del colector fue de 18 °C, 20 °C y 25 °C, para tres flujos másicos ensayados: 0,027 Kg/s, 0,025 Kg/s y 0,021 Kg/s respectivamente. Aplicando la norma ASHRAE 93-2003 se obtuvieron las curvas de eficiencia térmica instantánea presentando valores máximos de 70 %, 68 %, y 45 %, para los tres flujos ensayados respectivamente. Los resultados obtenidos indican muy buena performance termo-energética y se recomienda operar el prototipo con un flujo másico de al menos 0,025 Kg/s.

The development and thermo-energetic evaluation of a new prototype solar collector air heater, with countercurrent flow with porous material under the absorber, is presented. Its absorbing element is a black wedge-shaped plate and a porous matrix of recycled steel. The void factor or porosity of the matrix is ϵ=96%. The collector support box is made of screeds, a material that considerably lowered its cost and weight. The collector was tested in the city of Salta, with forced open circuit flow and a slope of 39° under winter weather conditions. It was tested by heating a residential prototype. The average thermal jump between the inlet and outlet temperatures of the collector was 18 °C, 20 °C and 25 °C, for three mass flows tested: 0.021 Kg/s, 0.025 Kg/s and 0.027 Kg/s, respectively. Experimentally, the instantaneous thermal efficiency curves were obtained, presenting maximum values of 70%, 68%, and 45%, for the three flows tested, respectively. These values indicate a very good thermo-energetic performance of the prototype presented in this work and the convenience of operating it with a mass flow greater than 0.025 Kg/s.