Estudio numérico de un colector solar utilizando agua y nanofluido de dióxido de titanio base agua como fluidos de trabajo mediante la dinámica de fluidos computacional

Abstract

El presente trabajo se centra en el estudio numérico comparativo del desempeño térmico, hidráulico y de generación de entropía de un colector solar de tubos evacuados utilizando agua y nanofluido de dióxido de titanio (TiO2) de base agua como fluidos de trabajo por medio de la Dinámica de Fluidos Computacional. El estudio consideró una geometría completa en 3D bajo las condiciones meteorológicas de la ciudad de Mexicali, México, en una operación de 9 horas. De acuerdo con los resultados, en todo el periodo de operación, el colector solar de tubos evacuados tuvo un mejor rendimiento en términos de su temperatura de salida, así como en la velocidad dentro de éste al utilizar el nanofluido en lugar de usar solo agua como fluido de trabajo. Además, para la formulación de la generación de entropía se tomaron en cuenta las irreversibilidades generadas por los fenómenos de efectos viscosos, transferencia de calor y pérdida de calor, tanto de manera global como de manera local. La formulación de la generación de entropía local permite mostrar la localización exacta de las diferentes irreversibilidades. Así mismo, se encontró que al utilizar el nanofluido, se obtiene una reducción significativa de la generación de entropía en todo el colector solar. Finalmente, la obtención de la generación de entropía por medio de este tipo de análisis puede ayudar a mejorar el rendimiento de los colectores solares a través de la minimización de entropía.