Módulo de aprovechamiento solar para generación de aire caliente

CienciAmérica (2021) Vol. 10 (3) ISSN 1390-9592 ISSN-L 1390-681X MÓDULO DE APROVECHAMIENTO SOLAR PARA GENERACIÓN DE AIRE CALIENTE Solar-powered hot air generation module Módulo de aproveitamento solar para geração do ar quente Miguel Angel Caraballo1 , Darwin Tapia1 , Byron Solorzano1 & José Cuenca1 1 Facultad de Energía, Industrias y Recursos Naturales no Renovables. Universidad Nacional de Loja. Loja-Ecuador. Correo: , , , Fecha de recepción: 22 de abril de 2021. Fecha de aceptación: 27 de julio de 2021. RESUMEN INTRODUCCIÓN: Se aborda la problemática de confirmar resultados experimentales a través de un modelo matemático que permita predecir el comportamiento de variables térmicas, en un módulo de aprovechamiento solar para la generación de aire caliente. OBJETIVO: Desarrollar un modelo matemático que describa los procesos internos de intercambio de calor en un colector solar de placas planas. MÉTODO: La investigación se realiza bajo el doble enfoque: teórico y experimental. Se procede a la medición de los principales parámetros de funcionamiento del colector solar de placas planas, la elaboración del modelo matemático y la realización del balance térmico. RESULTADOS: Utilizando el recurso Guide de MATLAB, se programó una aplicación para la ejecución del modelo matemático, estableciéndose las constantes que corresponde a datos geométricos del módulo solar y del ducto, características del aislante y condiciones térmicas de radiación de los materiales utilizados. Finalmente, definidos los datos de entrada, se realizan las iteraciones correspondientes y se obtienen los resultados de cálculo, los ajustes de temperaturas se realizaron con una divergencia inferior al 1%. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES: El error promedio que representaría el desface entre el modelo propuesto respecto a los parámetros reales de funcionamiento, fue de un 2,55%, aceptables desde el punto de vista estadístico. Se confirman resultados de investigaciones precedentes en cuanto a buenos rendimientos para un caudal másico de 0,0204 kg/s. Se logró la evaluación de un módulo del aprovechamiento solar para la generación de aire caliente que posee enormes potencialidades para la calefacción de viviendas de la región sierra ecuatoriana. Palabras claves: colector solar, modelo matemático, balance térmico, intercambio de calor, calefacción de viviendas. Caraballo Núñez, Tapia Peralta, Solórzano Castillo & Cuenca Granda. Módulo de aprovechamiento solar para la generación de aire caliente. Julio – Diciembre 2021 http://dx.doi.org/10.33210/ca.v10i3.372 CienciAmérica (2021) Vol. 10 (3) ISSN 1390-9592 ISSN-L 1390-681X ABSTRACT INTRODUCTION: The paper discusses the verification of the experimental results of a solarpowered hot air generation module using a mathematical model that predicts the behavior of thermal variables. OBJECTIVE: To develop a mathematical model that describes the internal heat exchange processes in a flat plate solar collector. METHOD: The research employs a twopronged approach: theoretical and experimental. The main operating parameters of the flat plate solar collector are measured, and a mathematical model and a heat balance are performed. RESULTS: MATLAB GUIDE is used to program an application for the implementation of the mathematical model. The constants corresponding to the geometrical data of the solar module and the duct, the insulator characteristics, and the thermal radiation conditions of the materials used are determined. Finally, after defining the input data, the corresponding iterations are carried out, and the calculation results are obtained. Temperature adjustments are made with a deviation of less than 1%. DISCUSSION AND CONCLUSIONS: The average error representing the difference between the proposed model response and the actual operating parameters is 2.55 percent, which is statistically acceptable. Previous research findings confirm a good performance for a mass flow rate of 0.0204 kg/s. The evaluation of a solar-powered hot air generation module, which has enormous potential for heating houses in the Ecuadorian Sierra, is performed. Keywords: solar collector, flat-plate collector, mathematical model, heat balance, heat exchange, heating. RESUMO INTRODUÇÃO: O problema de confirmação de resultados experimentais é abordado por meio de um modelo matemático que permite predizer o comportamento de variáveis térmicas, em um módulo de aproveitamento solar para geração de ar quente. OBJETIVO: Desenvolver um modelo matemático que descreva os processos internos de troca de calor em um coletor solar de placa plana. MÉTODO: A pesquisa é desenvolvida sob uma dupla abordagem: teórica e experimental. Os principais parâmetros de funcionamento do coletor solar de placa plana são medidos, o modelo matemático é elaborado e o balanço térmico é realizado. RESULTADOS: Utilizando o recurso Guia MATLAB, foi programado um aplicativo para executar o modelo matemático, estabelecendo as constantes que correspondem aos dados geométricos do módulo solar e do duto, características do isolamento e condições de radiação térmica dos materiais utilizados. Por fim, definidos os dados de entrada, efetuam-se as iterações correspondentes e obtêm-se os resultados dos cálculos, efetuando-se os ajustes de temperatura com uma divergência inferior a 1%. DISCUSSÃO E CONCLUSÕES: O erro médio que representaria o descasamento entre o modelo proposto em relação aos parâmetros operacionais reais foi de 2,55%, aceitável do ponto de vista estatístico. Resultados de pesquisas anteriores são confirmados como bons desempenhos para uma taxa de fluxo de massa de 0,0204 kg / s. Logrose a avaliação de um módulo de aproveitamento solar para geração do ar quente, com enorme potencial para aquecimento de residências no planalto equatoriano. Palavras-chave: coletor solar, modelo matemático, balanço térmico, troca de calor, aquecimento doméstico. INTRODUCCIÓN La investigación que se presenta forma parte de un Proyecto de Investigación en desarrollo en la Universidad Nacional de Loja, una de sus líneas de trabajo es el aprovechamiento de la energía solar térmica. Caraballo Núñez, Tapia Peralta, Solórzano Castillo & Cuenca Granda. Módulo de aprovechamiento solar para la generación de aire caliente. Julio – Diciembre 2021 http://dx.doi.org/10.33210/ca.v10i3.372 CienciAmérica (2021) Vol. 10 (3) ISSN 1390-9592 ISSN-L 1390-681X Entre las fuentes de energía renovable, la energía solar térmica se destaca por ser una tecnología viable y factible en diversos usos domésticos, industriales y en aplicaciones tecnológicas [1]. Por otra parte, el creciente desarrollo humano en todos los ámbitos, y la necesidad cada vez mayor de satisfacer necesidades cotidianas básicas que proporcionen confort y bienestar, exigen mayores requerimientos energéticos, los cuales son cada vez más atendidos con el empleo de energías renovables. En este contexto, se ha considerado conveniente el empleo de la energía solar térmica en los procesos de calefacció (...truncated)