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Análisis de la influencia del ángulo de inclinación del colectro/evaporador en el rendimiento de una bomba de calor de expansión directa asistida por energía solar

Abstract:

Este trabajo de investigación analizó experimentalmente una bomba de calor de expansión directa asistida por energía solar para determinar el rendimiento mediante datos de operación. El Capítulo I presenta la teoría concerniente a estos sistemas, así como el impacto ambiental que puede ser mitigado al implementar este sistema. Una fuente de energía renovable es la energía solar que es convertida a energía fotovoltaica y térmica, siendo esta última el objeto de estudio. La radiación solar varía en función a la ubicación geográfica, hora del día y estación del año. Un colector solar absorbe esta radiación y transfiere este calor hacia un fluido para incrementar la temperatura. Para el caso estudiado, el colector solar de placa plana evapora el refrigerante directamente, por lo que fue necesario determinar las características de éste. Este colector solar es de tipo placa plana sin cubierta de cobre con tubería de flujo lineal, que puede variar su inclinación. El Capítulo II contiene las ecuaciones necesarias para solventar el sistema mediante el análisis de un ciclo de refrigeración. Adicionalmente, se utilizó ecuaciones matemáticas de energía solar para determinar la radiación incidente sobre una superficie inclinada y obtener los valores de calor absorbido y cedido en los intercambiadores de calor. En función a las pruebas experimentales realizadas, el Capítulo III presenta el análisis de resultados para ángulos de inclinación entre 30 a 50 ° aumentando 5 ° para cada prueba. El agua necesitaba llegar a 45 °C y a prueba que tardó menor tiempo en alcanzar esta temperatura fue a 35 ° en 40 minutos y en promedio el tiempo de prueba fue 45 minutos. Los parámetros climáticos inciden directamente en el incremento de la temperatura del agua, a mayor radiación incidente, la temperatura del agua es superior y el tiempo de calentamiento se reduce. La inclinación de 40 ° fue la más eficiente y de mayor rendimiento al absorber la menor de radiación, obteniendo agua a 45.3 °C a una radiación incidente promedio de 396.2 W/m2, un valor 20.19 % inferior al presente en la prueba a 35 °. La eficiencia máxima alcanzada a 40 ° fue de 53.19 % generando los valores más altos ante las otras configuraciones de inclinación. El COP más alto a 40 ° fue de 9.76 a una radiación incidente máxima de 507.18 W/m2. Transcurridos los 45 minutos que tardó el tiempo de calentamiento, bajo esta prueba, el COP disminuyó hasta 6.37.