Grado en Ingeniería Mecánica

Ingeniería Térmica

Caso de estudio nº 8

Determinación de la temperatura en el tubo de captación de un colector solar sin circulación de fluido Enunciado

Se quiere determinar la temperatura que alcanza en régimen estacionario un tubo horizontal de aluminio de un colector solar cuando el fluido que hay en su interior no fluye y el tubo absorbe la radiación a razón de 30 W por metro de longitud. El tubo de aluminio tiene un diámetro exterior de 50 mm y está encerrado en un tubo concéntrico de vidrio delgado de 100 mm de diámetro. El espacio anular entre los tubos de aluminio y de vidrio está lleno de aire a la presión de 1 atm. Las emisividades del tubo y de la cubierta de vidrio son 0,95 y 0,9 respectivamente. La temperatura ambiente es de 20 ºC y la temperatura efectiva del cielo vale 283 K.

Soluciones: temperatura del tubo 45,0 ºC y de la cubierta de vidrio 25,5 ºC

Hipótesis de trabajo:

Régimen estacionario El tubo y su cubierta de vidrio son isotérmicos El aire es un gas ideal Las superficies son opacas, difusas y grises para la radiación infrarroja La cubierta de vidrio es transparente a la radiación solar

Leyes/Ecuaciones Fundamentales:

Balance de energía térmica en régimen estacionario: la energía térmica suministrada al sistema (radiación solar) es igual a la energía cedida por el sistema a través de los diferentes mecanismos de transferencia de calor dominantes (convección y radiación)

Adimensionales para el análisis de la convección natural Correlaciones para la transferencia de calor por convección natural (espacio abierto

para un cilindro horizontal y espacio cerrado entre dos cilindros horizontales concéntricos)

Ecuación para la transferencia de calor por radiación en recintos cerrados delimitados por dos superficies grises, difusas y opacas