Validación experimental del modelo matemático dinámico de cuatro nodos de un colector solar plano

Abstract

Para maximizar el aprovechamiento de la energía solar se necesita colectores solares diseñados correctamente utilizando modelos matemáticos validados, por lo que en la tesis se validó experimentalmente el modelo matemático de cuatro nodos de un colector solar plano. El modelo matemático de cuatro nodos consiste de un sistema de tres ecuaciones diferenciales ordinarias y una parcial, cuya solución numéricamente fue con el método de Runge-Kutta de cuarto orden y de diferencias finitas hacia atrás que se implementó en el Matlab. En las experimentaciones se utilizó el colector solar plano del laboratorio de Instrumentación Industrial de la Facultad de Ingeniería Química, en las que se registró la temperatura ambiente, entrada y salida del agua, del vidrio y de la placa absorbente del colector solar, y la radiación solar incidente sobre la superficie del colector solar. Se realizó 13 corridas desde el 11/05/17 a 18/05/17 a las condiciones de soleado, nublado y parcialmente nublado, caudales de 400 a 1300 mL/min y una duración de 30 minutos. Las medidas de desviación respecto al modelo matemático, error relativo y absoluto, Coeficiente del Error (C) y Raíz del Error Cuadrado Medio (RMSD), para un día soleado, nublado y parcialmente nublado son: 8,95 %; 2,31 ºC; 0,0091 y 2,3385; 3,82 %; 0,95 ºC; 0,035 ºC y 1,264; y 15,53 %; 4,22 ºC; 0,19 y 4,150; respectivamente. En forma global, el error relativo es 8,27 %; el error absoluto es 2,14 ºC; el C es 0,09 y la RMSD es 2,26. Las estimaciones del modelo matemático presentan un buen contraste con las mediciones, sólo presenta baja predicción cuando la radiación solar es variable y un caudal es bajo, porque influyen en las temperaturas de los diversos componentes del colector. Además, este modelo no presenta sesgo.