Tª media TUBO

Se estudia ahora la temperatura que será necesario que alcance el tubo, para que el fluido alcance una temperatura determinada.

Estos estudios dependerán de la temperatura media del fluido al circular por el tubo exterior, y del coeficiente de transmisión térmica del mismo ('h'):

A = 2·pi·D·long

Qintercambiado/A = h · (tpared - tmedia,fluido)

tpared = (Qint / A·h) + tmedia,fluido

Se realiza el experimento y nos dan los siguientes datos (T media de tubo):


PROPIEDADES ACEITE TERMICO
*********************************
densidad(Kg/m3) | 865
viscosidad(m2/s) | 2e-006
nu (Pa·s) | 0.00173
K (W/m.K) | 0.12795
Cal Espec(J/Kg) | 2200

FLUIDO
*********************************
Caudal (m3/s) | 7.1466e-005
Caudal (l/h) | 257.278
*********************************

DIAMETROS (m)
*********************************
Diam. Exterior | 0.018
Diam. EI | 0.016
Diam. IE | 0.011
Diam. II | 0.009
*********************************

TEMPERATURAS(ºC)
*********************************
Tª salida | 180
Salto Termico | 10
*********************************
Tª entrada | 170
Tª intermedia | 175
Tª med. tramo 1 | 172.5
Tª med. tramo 2 | 177.5
*********************************

TRAYECTO ENTRADA (int)
*********************************
Area de paso (m2)| 6.3617e-005
Vel.fluido(m/s) | 1.1234
*********************************
Re | 5055
Pr | 29.7449
Nu | 82.0509
hinter.(W/m2·K) | 1166.5317
*********************************

TRAYECTO SALIDA (ext)
*********************************
Area de paso (m2)| 0.00010603
Vel.fluido(m/s) | 0.67403
Diam. hidraulico | 0.005
Perim. mojado | 0.084823
*********************************
Re | 1685
Pr | 29.7449
Nu | 34.0711
hexter.(W/m2·K) | 871.9108
*********************************
T media de tubo | 193.0155
*********************************

Cuidado!!!

NOTA: ¡¡¡¡ Hasta ahora no se calculaba el caudal correctamente!!!!
Porque no se tenía en cuenta el rendimiento de la instalacion. Se había supuesto que el fluido debía recoger toda la energía de la radiación incidente, cuando en realidad, a este valor habría que descontarle las pérdidas.

Prototipo del Colector Solar Cilíndrico

En esta seríe de imágenes se muestra el diseño del primer prototipo del "Colector Solar Cilíndrico" diseñado para el uso en instalaciones industriales.

Figura 1. Vista frontal:



Figura 2. Detalle del Receptor central:

Dimensionamiento de tubos. Re(diams,∆T)

Parámetros importantes

• A la hora de dimensionar los tubos, es muy importante tener en cuenta su influencia en el nº de Reynols
• Hay que tener en cuenta que el h obtenido puede modificar(disminuir) el salto termico, modificando inversamente Q ---> velocidad ---> Re:

Re ~ 1/(∆T)

Debemos mantener un Reynols mínimo de 3500.


Expresión de Reynols en función del diametro

Flujo de entrada al colector (tubo interior):

Re = (4·Q / pi·mu)·(1/Dii )

Flujo de salida del colector (entre ambos tubos):

Re = (4·Q / pi·mu)·(1/(Dei +Die))

Pruebas

Opciones de partida:

PROPIEDADES ACEITE TERMICO
*********************************
densidad(Kg/m3) | 865
viscosidad(m2/s) | 2e-006
nu (Pa·s) | 0.00173
K (W/m2) | 0.12795
Cal Espec(J/Kg) | 2200

FLUIDO
*********************************
Caudal (m3/s) | 0.00014293
Caudal (l/h) | 514.556
*********************************

DIAMETROS (m)
*********************************
Diam. Exterior | 0.018
Diam. EI | 0.016
Diam. IE | 0.011
Diam. II | 0.009
*********************************

TEMPERATURAS(ºC)
*********************************
Tª salida | 180
Salto Termico | 10
*********************************
Tª entrada | 170
Tª intermedia | 175
Tª med. tramo 1 | 172.5
Tª med. tramo 2 | 177.5
*********************************

TRAYECTO ENTRADA (int)
*********************************
Area de paso (m2)| 6.3617e-005
Vel.fluido(m/s) | 2.2468
*********************************
Re | 10110
Pr | 29.7449
Nu | 142.8589
hinter.(J/Kg·K) | 2031.0497
*********************************

TRAYECTO SALIDA (ext)
*********************************
Area de paso (m2)| 0.00010603
Vel.fluido(m/s) | 1.3481
Diam. hidraulico | 0.005
Perim. mojado | 0.084823
*********************************
Re | 3370
Pr | 29.7449
Nu | 59.3212
hexter.(J/Kg·K) | 1518.0848
*********************************

NOTAS: Potencia==> Se considera perdida la mitad de Irrad Difusa.

Para comprobar estas correlaciones Hacemos algunas pruebas:
Aumentando Die (parece extraño que al disminuir el área de paso disminuya Reynols) en el tramo de salida:

DIAMETROS (m)
*********************************
Diam. Exterior | 0.018
Diam. EI | 0.016
Diam. IE | 0.012
Diam. II | 0.01
*********************************

TRAYECTO SALIDA (ext)
*********************************
Area de paso (m2)| 8.7965e-005
Vel.fluido(m/s) | 1.6249
Diam. hidraulico | 0.004
Perim. mojado | 0.087965
*********************************
Re | 3250 sobre 3370 que habían
Pr | 29.7449
Nu | 57.6202
hexter.(J/Kg·K) | 1843.1923
*********************************

Prueba en el calculo de "h"

Para éste cálculo se llama al script "calcula_h.m".

Se calcula el caudal que circula por el Colector, cuando la irradiacion es máxima (Potencia Nominal):

Sup_Col = 3.4000; %1.7*profundidad.
Irr_Max = 800; %Considera útil un 50% de la Irradiación difusa.
Pot = Sup_Col*Irr_Max;
Q = Pot/(rho*Cp*salto_termico); %m3/s
Q_litroshora = Q*1000*3600; %l/h

Se obtiene lo siguiente:

PROPIEDADES ACEITE TERMICO
*********************************
densidad(Kg/m3) | 865
viscosidad(m2/s) | 2e-006
nu (Pa·s) | 0.00173
K (W/m2) | 0.12795
Cal Espec(J/Kg) | 2200

FLUIDO
*********************************
Caudal (m3/s) | 0.00014293
Caudal (l/h) | 514.556
*********************************

DIAMETROS (m)
*********************************
Diam. Exterior | 0.018
Diam. EI | 0.016
Diam. IE | 0.011
Diam. II | 0.009
*********************************

TEMPERATURAS(ºC)
*********************************
Tª salida | 180
Salto Termico | 10
*********************************
Tª entrada | 170
Tª intermedia | 175
Tª med. tramo 1 | 172.5
Tª med. tramo 2 | 177.5
*********************************

TRAYECTO ENTRADA (int)
*********************************
Area de paso (m2)| 6.3617e-005
Vel.fluido(m/s) | 2.2468
*********************************
Re | 10110
Pr | 29.7449
Nu | 142.8589
hinter.(J/Kg·K) | 2031.0497
*********************************

TRAYECTO SALIDA (ext)
*********************************
Area de paso (m2)| 0.00010603
Vel.fluido(m/s) | 1.3481
Diam. hidraulico | 0.005
Perim. mojado | 0.084823
*********************************
Re | 3370
Pr | 29.7449
Nu | 59.3212
hexter.(J/Kg·K) | 1518.0848
*********************************

Propiedades de Aceite Térmico consideradas

En vista de las propiedades de los 2 aceites anteriores, se suponen las siguientes propiedades para un Aceite en general :

%Propiedades del ACEITE TERMICO
rho = 0.865; %mm
rho = 1000*rho % Pasa a kg/m3
nu = 2; %centistokes; entre 5.6 (100º) y 1.5 (200º)
nu = 1000*nu %1000*Valor en centistokes.
mu = nu/rho
K = 0.11; %Kcal/h.m2
K = K *(1000/0.2388)/3600 %KJul
Cp = 2200; %Varia entre 2000 y 2400
Cpmin = 2000;
Cpmax = 2400;

Dudas en este Punto

¿Que viscosidad tomo para valores intermedios?
¿Que valor de caudal tomo? ¿Un rango donde varíe? Viene determinado por la irradiacion. ¿Como lo calculo?

Aceite Térmico II (AMERICAN HEAT TRANSFER OIL 604)

Encontrado en Widman .

Reynols :

Aceite Térmico I (Hogar Tintero)

Características físico-químicas

Densidad a 15ºC	0,880
Índice de acidez	Neutro
Color ASTM D-1500	1,5
Viscosidad cinemática a 50ºC	22 cST
Punto de inflamación	196ºC
Punto de combustión	223ºC
Punto de niebla	-40ºC
Punto de congelación	-45ºC
Cenizas	Inapreciables
Conductividad térmica a 30º Conductividad térmica a 200ºC	0,117 KCAL/H m2 (ºC/M) 0,110 KCAL/H m2 (ºC/M)
Temperatura máxima de trabajo en circuítos cerrados	310ºC

"El número de REynolds viene dado por

Re= rho * v / nu

rho es la densidad (880kg/m3)
v la velocidadn (Caudal/Área de paso)
nu la viscosidad cinemática 1000*valor en centistokes

falta saber la viscosidad del fluido a más temperatura
quizá encuentres una ley de variación para aceites"