Temperature prediction in a solar pond and the ground beneath it : model development and application
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Date
2017
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Abstract
Las pozas solares son colectores solares de bajo costo que pueden almacenar calor en el largo plazo y entregar calor tanto en el día como en la noche. Estas pozas consisten en cuerpos de agua artificialmente estratificados que almacenan el calor en el fondo de ellas. Dado a que las mayores temperaturas se alcanzan en el fondo, parte del calor almacenado puede perderse hacia el suelo, afectando así su eficiencia. Es por ello, que por motivos de diseño u operación, es relevante poder tener una buena representación de los flujos de calor en el lecho de una poza solar. En este estudio, un modelo unidimensional transiente se desarrolla para representar la evolución térmica de una poza solar y el suelo bajo ésta. El método implícito de diferencias finitas es utilizado para resolver las ecuaciones de conservación. El modelo es calibrado y validado con una poza solar experimental y tres pozas solares adicionales de literatura, ubicadas en El Paso, Kuwait City y Barcelona. Además, para estudiar el efecto del almacenamiento de calor en el suelo sobre el desempeño de una poza solar, dos escenarios hipotéticos son modelados: uno con una capa de aislante bajo la poza y otro sin, y en ambos escenarios se extrae calor a una tasa constante desde el fondo de las pozas. Los resultados demuestran que cuando no se usa aislante, el suelo bajo la poza actúa como un volumen de almacenamiento de calor adicional, permitiendo temperaturas más estables a lo largo del año y recuperando hasta un 25.5% del calor que se almacena en el suelo durante los meses de invierno. Un análisis de sensibilidad demuestra que la temperatura del fondo de la poza tiene una relación lineal con la conductividad térmica del suelo y una relación logarítmica con la profundidad de la napa freática.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2017