Constructal design of salt-gradient solar pond fields
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Date
2015
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Abstract
Las piscinas solares con gradiente salino (SGSPs) son cuerpos de agua que pueden capturar y acumular grandes cantidades de energía proveniente del sol. El diseño de un campo de SGSP nunca ha sido analizado en términos del estudio del número óptimo de piscinas que se deben construir para maximizar la energía útil generada por dicho campo, o la manera más conveniente de conectar las piscinas. En este estudio, se utiliza diseño constructal para encontrar la configuración óptima de un campo de SGSP. Se desarrolló un modelo térmico en estado estacionario para estimar la energía producida por cada SGSP, y luego se generó un modelo complementario para determinar la temperatura final de cierto flujo másico de un fluido que se calienta por intercambiadores de calor conectados a piscinas solares. Empleando diseño constructal, se evaluaron cuatro configuraciones para el campo de SGSP, con distinta distribución del área superficial: configuraciones serie, paralelo, mixta serie-paralelo y en forma de árbol. Para el sitio de estudio en esta investigación, se encontró que la configuración óptima de un campo de SGSP consiste en 30 piscinas solares con distribución creciente del área superficial conectadas en serie. Este campo de SGSP incrementa la temperatura final del fluido a calentar en un 22.9% en comparación a la obtenida para una única SGSP que cubra el mismo territorio. Los resultados de este estudio muestran que es posible utilizar la teoría constructal para optimizar aún más la transferencia de calor en un campo de SGSP. En el futuro serían útiles resultados experimentales de estas configuraciones para validar la metodología propuesta en este estudio.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2015