Discusión de resultados

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Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05) para las comparaciones de los tres niveles (Alto, Medio y Bajo), de la variable tamaño de partícula, podemos concluir que no existen diferencias entre ellas.

Tabla 26

Comparaciones múltiples respecto a la concentración Variable dependiente: Eficiencia

Scheffe (I) Concentrac

ión

(J) Concentrac

ión

Diferencia de medias (I-J)

Error

estándar Sig.

95% de intervalo de confianza Límite

inferior

Límite superior

Alto Medio 2,41833 4,06864 0,840 -8,6231 13,4598

Bajo -0,00833 4,06864 1,000 -11,0498 11,0331 Medio Alto -2,41833 4,06864 0,840 -13,4598 8,6231

Bajo -2,42667 4,06864 0,839 -13,4681 8,6148 Bajo Alto -0,00833 4,06864 1,000 -11,0331 11,0498

Medio 2,42667 4,06864 0,839 -8,6148 13,4681 Interpretación: Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05) para las comparaciones de los tres niveles (Alto, Medio y Bajo), de la variable concentración, podemos concluir que no existen diferencias entre ellas.

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kg/min una mayor eficiencia energética de 73,70% y para el nanofluido Al2O3-H2O (20 nm) el 70,7%. Estos valores también son para un colector solar de plano con flujo forzado. En la investigación, las eficiencias promedios (de las tres concentraciones:

0,10%, 0,15% y 20%) son 38,01%; 39,22% y 43,83% para tamaños de partícula de 5µm, 3µm y 20 nm, respectivamente. Es indiscutible que el comportamiento de un colector solar en termosifón y de flujo forzado son totalmente diferentes, además de ello, los investigadores citados realizan sólo una evaluación experimental a condiciones de cielo claro, mientras que en la investigación se evaluó a diferentes condiciones del clima.

La eficiencia de un colector solar se define como la energía solar recibida frente a la energía solar incidente, la radiación solar influye porque cuando es un día parcialmente nublado la variación de la radiación solar es alta, y en las mediciones es frecuente tener valores relativamente altos o bajos en instantes.

La otra variable interviniente que no se puede controlar es la velocidad del aire, a mayor velocidad mayor es coeficiente global de transferencia de calor de pérdidas, por lo que las pérdidas de calor del colector solar es mayor y la eficiencia disminuye.

Un día soleado presenta flujos de radiación solar alta, por lo que la energía acumulada y las temperaturas en todas las parte del colector solar (vidrio, placa absorbente, aislante y tubos) son relativamente altas, a estas condiciones mayor es el flujo de calor que se pierde al ambiente (alrededores) por lo que la eficiencia es menor comparado a un día nublado o parcialmente nublado con poco incidencia de radiación solar, como queda evidenciado en la experimentación del día 13/12/2016, día soleado, con un radiación solar acumulada de 29,31 MJ y una eficiencia de 27,39%; mientras que día 14/12/2016, día parcialmente nublado, con un radiación solar acumulada de 12,12 MJ y una eficiencia de 54,35%.

En nuestra realidad tener acceso a las nanopartículas es prácticamente imposible por cuestiones económicas, por lo que se consideró evaluar la eficiencia del colector solar plano con micropartículas, lo que se comprobó es que efectivamente mejoran la transferencia de calor y por ende la eficiencia, pero no es significativo (incremento del 2%-3%) debido que se produce la sedimentación de estas en el fluido, de modo que se produce el depósito de las partículas en las tuberías y el tanque de almacenamiento.

Mientras que cuando se utiliza nanopartículas este problema se supera porque estas se mueven realizando un tipo de movimiento, denominado movimiento Browniano y permanecen en equilibrio el peso y la agitación térmica.

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Cuando se utiliza un nanofluido (caloportador) las propiedades térmicas: densidad, calor específico, conductividad térmica y viscosidad dependen del tamaño de las partículas suspendidas, forma y concentración. En un colector solar, como en otros equipos, la eficiencia energética mejora porque los nanofluidos mejoran los coeficientes convectivos y por ende transferencia de calor por convección, y en un colector solar plano este es el mecanismo que predomina, porque para incrementar la eficiencia se tiene que incrementar la velocidad de transferencia de calor de los tubos parrilleros hacia el fluido de trabajo (mezcla: agua-Al2O3) que fluye en la parte interna.

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CONCLUSIONES

1. El tamaño de partícula y concentración del Al2O3 no influyen significativamente en la eficiencia de un colector solar plano por termosifón debido a que la radiación solar varió considerablemente en los experimentos por la presencia de nubes característicos del mes de Diciembre y Enero.

2. La mezcla agua-Al2O3 con una concentración de 0,20%, con tamaño de partícula de Al2O3 de20 nm, alcanza una mayor eficiencia de un colector solar plano por termosifón de 51,40% y 59,43% con respecto a la radiación solar que incide en la horizontal y en la superficie del colector solar, respectivamente.

3. La eficiencia promedio de un colector solar plano por termosifón que utiliza una solución de Al2O3 es 35,98%; 38,01%; 39,22 y 43,83 cuando el fluido es agua potable, mezcla agua-Al2O3 con tamaños de partícula de 20 nm, 3 µm y 5 µm respectivamente.

4. A mayor concentración del Al2O3 en el fluido de trabajo; entre 0,10%, 0,15% y 0,20; no hay un incremento significativo en la eficiencia de un colector solar plano. Respecto al tamaño de partícula del Al2O3, no se incrementa significativamente la eficiencia del colector solar cuando el fluido de trabajo son mezclas de agua-Al2O3 cuyo tamaño de partícula es 5 ó 3 µm, pero para 20 nm, la eficiencia se incrementa ligeramente; de 35,98% al 43,83%; cuando se compara sólo agua potable y la mezcla con Al2O3 de 20 nm.

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RECOMENDACIONES

 Evaluar la eficiencia del colector solar por termosifón para una concentración de 0,30% y tamaño de partícula de 20 nm del Al2O3, para conocer si la eficiencia sigue incrementándose.

 Instalar una bomba de agua en el módulo del colector solar de placa plana utilizada en las experimentaciones, para facilitar el ingreso de la mezcla agua- Al2O3 al sistema, y para realizar investigaciones similares pero con flujo forzado.

 Implementar un sensor de voltaje al sistema de recolección de datos para registrar la radiación solar (medido en mV) en los mismos intervalos de tiempo.

 Utilizar otras nanopartículas como el CuO, SiO2, TiO2, ZnO y otros, a diferentes concentraciones y tamaño de partículas, para evaluar la eficiencia del colector solar por termosifón y flujo forzado.

 Evaluar la eficiencia y comportamiento de un nanofluido que tiene como fluido anfitrión al aceite, etilenglicol u otro.

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BIBLIOGRAFÍA

Agarwal, V. & Larson, D. (1981) Calculation of the top loss coefficient of a flat-plate collector. Solar Energy, 69-71.

Akilu, S., K.V., S., & Rizalman, M. (2016). A review of thermophysical properties of water based composite nanofluids. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 654-678.

Bakari, R.; Minja, R. & Njau, K. (2014) Effect of glass thickness on performance of flat plate solar collectors for fruits drying. Journal of Energy, 1-8.

Budihardjo, I. & Morrison, G.L. Performance of water-in-glass evacuated tube solar water heaters. Solar Energy, 50-51.

Castrillón, M. (2012). Síntesis de nanopartículas magnéticas y su aplicación en nanocompuestos de matriz propiedades magnéticas. Tesis de la Universidad de Zaragoza , 279.

Chen, Z., Furbo, S., Perers, B., Fan, J., & Andersen, E. (2012). Efficiencies of flat plate solar collectors at different flow rates. Energy Procedia , 30, 65 – 72.

Cruz, F., Palomar, J., Casanova, P., Dorado, M., & Manzano, F. (2012).

Characterization of solar flat plate collectors. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 16, 1709– 1720.

Dagdougui, H., Ouammi, A., Robba, M., & Sacile, R. (2011). Thermal analysis and performance optimization of a solar water heater flat plate collector: Application to Tétouan (Morocco). Renewable and Sustainable Energy Reviews , 15, 630- 638.

Duffie, J., & Beckman, W. (2005). Solar engineering of thermal processes (Tercera ed.). Canada: Wiley.

Eismann, R. ; Prasser, H. (2013) Correction for the absorber edge effect in analytical models of flat plate solar collectors. Solar Energy, 181–191.

Flores, C. (2014). Nanopartículas de plata con potenciales aplicaciones en materiales implantables: síntesis, caracterización fisicoquímica y actividad bactericida.

Trabajo de Tesis Doctoral del Departamento de Química , 233.

Folari, J. (2006). Manual de construcción de colectores solares térmicos. Universidad Tecnológica Nacional Regional Rosario.

109

Giovannetti, F., Föste, S., Ehrmann, N., & Rockendorf, G. (2014). High transmittance, low emissivity glass covers for flat plate collectors: Applications and performance. Solar Energy , 104, 52–59.

Guerra, D. (2012). Evaluación del efecto de un nanofluido en el desempeño térmico de un Colector Solar y un Intercambiador de Calor. Programa de Graduados en Ciencias con Especialidad en Ingeniería Energética , 132.

Gunerhan, H. & Hepbasli, A. (2007) Exergetic modeling and performance evaluation of solar water heating systems for building applications. Energy and Buildings, 509–516.

Guzmán, J. (2009). Diseño de un sistema de calentamiento de agua para uso doméstico con energía solar. Tesis título, Universidad Nacional del Centro del Perú, Facultad de Ingeniería Química, Huancayo.

Hamed, M. ; Fellah, A. & Ben Brahim, A. (2014) Parametric sensitivity studies on the performance of a flat plate solar collector in transient behavior. Energy Conversion and Management, 938–947.

Hasan, A. (1997) Thermosyphon solar water heaters: effect of storage tank volume and configuration on efficiency. Energy Conversion and Management, 847-854.

Holman, J. (1999). Transferencia de calor, 9. Editorial Mc Graw Hill

Incropera, F., & De Witt, D. (1999). Fundamentos de transferencia de calor (Cuarta edición ed.). México: Prentice Hall.

Indecopi Norma Técnica Peruana. Colectores solares. Método de ensayo para determinar la eficiencia de los colectores solares. Lima-Perú.

Jafarkazemi, F. & Ahmadifard, E. (2013) Energetic and exergetic evaluation of flat plate solar collectors. Renewable Energy, 55-63.

Jesko, Z. (2008). Classification of solar collectors. Engineering for Rural Development , 22-27.

Koffi, P.; Andoh, H.; Gbaha, P.; Touré, S. & Ado, G. Ado (2008) Theoretical and experimental study of solar water heater with internal exchanger using thermosiphon system. Energy Conversion and Management, 2279–2290.

Kumar, A. & Chandel, S. (2013) Tilt angle optimization to maximize incident solar radiation: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 503–513.

Larrea & Bayas, (2011), Diseño de un sistema solar térmico para la producción de quesos en las comunidades: Chimborazo, Santa Isabel – Ecuador, 2

110

Li, X.; Dai, Y.J.; Li, Y. & Wang, R.Z. (2013) Comparative study on two novel intermediate temperature CPC solar collectors with the U-shape evacuated tubular absorber. Solar Energy, 220–234.

Loayza, F. (2012). Diseño e implementación de un seguidor solar para el control electrónico de un reflector Scheffler. Tesis título, Lima.

Marroquín de Jesús, A. (2008) Determinación experimental y teórica de temperaturas en un colector solar plano para agua caliente para uso doméstico y su optimización en el diseño, 29.

Massipe, J. ; Despaigne, H. ; Torres, A. ; Ibañez, G. & Abdala, J. (2007) Métodos de ensayos del comportamiento térmico del colector solar integral "compacsol".

Tecnología Química, 28-34.

Ministerio de Energía y Minas (2003). Atlas de energía solar del Perú. Ministerio de Energía y Minas. Lima.

Park, Pandey, Tyagi, & Tyagi (2014) Energy and exergy analysis of typical renewable energy systems, 105–123. Renewable and Sustainable Energy Reviews

Patkó, I., Szeder, A., & Patkó, C. (2013). Evaluation the impact tilt angle on the sun collectors. Energy Procedia , 32, 222 – 231.

Paz, J. (2006). Colectores solares planos. Tratamiento teórico. 1.

Pedraza, P. (2016). Análisis de los Nanofluidos y su Aplicación como Fluido HTF.

Proyecto de fin de Carrera Ingeniería Química , 136.

Peña, E. (2007) Construcción y análisis de un calentador solar, 14-21.

Perez, M. (2014). Diseño de un radiómetro ultravioleta, para su aplicación en modelos de radiación UV. Tesis bachiller, 176.

Placco, C., Saravia, L., & Cadena, C. (2008). Colectores solares para agua caliente.

Salta.

Raja, M., Vijayan, R., Dineshkumar, P., & Venkatesan, M. (2016). Review on nanofluids characterization, heat transfer characteristics and applications.

RenewableandSustainableEnergyReviews , 170.

Said, Z., Saidur, R., & Rahim, N. (2016). Energy and exergy analysis of a flat plate solar collector using different sizes of aluminium oxide based nanofluid. Journal of Cleaner Production , 518-530.

Said, Z., Saidur, R., Sabiha, M., Hepbasli, A., & Rahim, N. (2016). Energy and exergy efficiency of a flat plate solar collector using pH treated Al2O3 nanofluid.

Journal of cleaner production , 3919-3920.

111

Shahrul, I., I.M., M., R., S., & M.F.M., S. (2016). Experimental investigation on Al2O3–W, SiO2–W and ZnO–W nanofluids and their application in a shell and tube heat exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer , 547- 558.

Shariah, A., Al-Akhras, M.-A., & Al-Omari, I. (2002). Optimizing the tilt angle of solar collectors. Revista Renewable Energy , 26, 587 – 598.

Skeiker, K. (2009). Optimum tilt angle and orientation for solar collectors in Syria.

Revista Energy Conversion and Management , 50, 2439 – 2448.

Taherian, H.; Rezania, A.; Sadeghi, S. & Ganji, D. (2011) Experimental validation of dynamic simulation of the flat plate collector in a closed thermosyphon solar water heater. Energy Conversion and Management, 301-307.

Tang, R., Gao, W., Yu, Y., & Chen, H. (2009). Optimal tilt-angles of all-glass evacuated tube solar collectors. Revista Energy , 34, 1387 – 1395.

Test, F. (1976) Parametric study of flat plate solar collectors. Energy Conversion, 23- 33.

Tian, Y., & Zhao, C. (2013). A review of solar collectors and thermal energy storage in solar thermal applications. Applied Energy , 104, 538–553.

Universidad Pontificia Católica del Perú. (2003). Manual de energía solar. Universidad Pontificia Católica del Perú, Lima.

Varo, M. (2016). Modelización de la Radiación Ultravioleta Solar. Tesis para optar al grado de doctor , 196.

Vendan, S., Shunmuganathan, L., Manojkumar, T., & Shiva, C. (2012). Study on design of an evacuated tube solar Collector for high temperature steam generation.Volume 2, Issue 12. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering , 2 (12), 539-541.

Zima & Dziewa (2010) Mathematical modelling of heat transfer in liquid flat-plate solar collector tubes, 45-62. Archives of Thermodynamics.

112