Modelado matemático de un calentador solar de placa plana modificado con un recubrimiento

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Luis Eduardo Ceballos Camargo

 Introducción

En años recientes, la demanda energética ha crecido de manera considerable. Esto, aunado al incremento poblacional, la disponibilidad de los combustibles fósiles y a

las cuestiones ambientales, ha tenido como consecuencia la necesidad de buscar

fuentes alternativas de energía. Tener energía disponible representa trabajo,

desarrollo económico y una mejor calidad de vida. Por el contrario, la ausencia de

ésta puede tener consecuencias graves como complicaciones en las actividades

cotidianas y necesidades que pudieran representar riesgos sociales y económicos.

Existen varias fuentes alternativas de energía tales como la biomasa, la energía

nuclear, la eólica, la hidroeléctrica, la geotérmica y la solar. La energía solar es

aquella que es proporcionada por la luz del sol y que llega hasta la Tierra de tal

manera que puede ser aprovechada. Este tipo de energía es utilizada por los

ecosistemas naturales, y es así como se sostiene la vida sobre el planeta. La

energía solar tiene ventajas como: llega en grandes cantidades (más de la

necesaria), no contamina bajo ninguna circunstancia, y se puede utilizar

prácticamente sobre todo el planeta, por mencionar algunas. Sin embargo, también

tiene desventajas como: no está disponible durante las noches y depende de las

condiciones climáticas de la localización geográfica (estaciones del año, lluvias,

nubes, neblina, temperatura ambiente, etc.).

Existen varias formas de utilizar la energía solar, las dos más importantes son la

fotovoltaica y la fototérmica, siendo más eficiente ésta última. En la transformación

fotovoltaica, la luz de los rayos del sol es convertida en electricidad útil, mientras

que la fototérmica utiliza los rayos del sol directamente para calentar.

Un área de oportunidad bastante atractiva en la que se puede utilizar la energía

solar es el calentamiento de agua, esto debido a que el agua se utiliza en un gran

número de actividades tanto humanas como industriales. Por lo tanto, es de gran

demanda y representa un gran consumo energético-económico. Es por eso que

existe una creciente demanda de calentadores solares de agua.

Los calentadores solares de agua son dispositivos que convierten la energía de los

rayos del sol en calor para elevar así la temperatura. Ya se han comenzado a utilizar

en varios lugares del mundo y son una opción inteligente, ecológica y económica

que, a pesar que existen desde hace siglos, aún se pueden mejorar. Tomando en

cuenta que se rigen por la transferencia de calor, es necesario mencionar que es

posible optimizar la eficiencia de un calentador solar utilizando recubrimientos con

ciertas características especiales, así como modelando las ecuaciones que

dominan estos sistemas mediante técnicas de optimización.

En la presente investigación se propone un modelado matemático de la

transferencia de calor que se lleva a cabo en un calentador solar de agua, haciendo

énfasis en la parte del colector, y empleando un recubrimiento selectivo en él.

Modelado matemático de un calentador solar de placa plana modificado con un recubrimiento


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