Estudio numérico de la transferencia de calor en el receptor de un concentrador solar de tipo foco puntual

Abstract

El presente trabajo está enfocado al estudio de la transferencia de calor por convección natural en el receptor de un concentrador solar de foco puntual, utilizando el software comercial de dinámica de fluidos computacional (CFD) Fluent. Se obtuvieron los campos de temperatura y los patrones de flujo en una cavidad rectangular-cónica con una pared isotérmica y las demás paredes aisladas térmicamente. La temperatura de la pared isotérmica se varió en el intervalo 400 K - 1000 K. Se estudió también el efecto de la orientación de la cavidad variando su ángulo de inclinación de 90º a 150º. Los resultados se presentan en de gráficos de contornos de temperatura (isotermas) y líneas de corriente, así como por medio de tablas con los datos de la transferencia de calor de la pared caliente y de los valores del coeficiente convectivo (h) de transferencia de calor del fluido (aire). Los resultados indican que al aumentar la temperatura de la pared caliente se incrementan las pérdidas de calor en la cavidad y aumenta el coeficiente convectivo de transferencia de calor (h). Por otro lado, se encontró que la transferencia de calor y el coeficiente convectivo son mayores en la cavidad con un ángulo de inclinación cercano a 90º. Se compararon los resultados considerando la variación de las propiedades físicas del fluido con la temperatura y los obtenidos al utilizar la aproximación de Boussinesq, en la cual las propiedades del fluido se consideran constantes, excepto la densidad en el término de flotación de las ecuaciones de momento. La aproximación de Boussinesq sobrestimó la transferencia de calor. La diferencia mayor fue de 65.95 % (TH=1000 K y 150º) y la menor de 2.18 % (TH=600 K y 90º), con un valor promedio de 29.14 % y una desviación estándar de 27.34 %.