La presente investigación estudia una bomba de calor de expansión directa asistida por energía solar con un sistema de recirculación de agua. Los intercambiadores de calor utilizados fueron un colector/evaporador de cobre de 0.75 m2 y un condensador en forma de serpentín construido en tubería de cobre de 2.49 m de longitud y 8 espiras, inmerso en un tanque con 5 litros de agua.
Para la recirculación del agua, se utilizó una bomba centrífuga de 20 L/min a 110 V. El compresor instalado es de velocidad variable a 12-24 V DC que utiliza R600a como fluido de trabajo. El dispositivo de expansión utilizado fue una válvula electrónica.
Las pruebas experimentales se desarrollaron para una configuración con recirculación y sin recirculación de agua, considerando condiciones climáticas similares. De esta manera, se puede establecer cuál es la configuración que brinda un mayor rendimiento en el sistema. Para la obtención de datos de radiación solar, velocidad del viento y temperatura ambiente se empleó una estación meteorológica WS-1201.
Este sistema proporcionó agua caliente sanitaria, a 45 °C en un tiempo entre 40 a 50 minutos dependiendo de las condiciones climáticas. El COP máximo del sistema con recirculación fue 9.83 un 8.04 % mayor que el sistema sin recirculación. El tiempo de calentamiento tardó 10 minutos menos para el sistema con recirculación, 16.67 % menos que al utilizar el sistema sin recirculación.
Nowadays, there is an increasing need for improving the inefficient ways for obtaining thermal energy from renewable sources to fulfil the industrial and typical needs in heat transfer processes that may be covered using solar assisted heat pumps due to their appropriate performance in the thermal energy transfer process. To improve the efficiency of the collector/evaporator by increasing the heat flux to the refrigerant, in this research, a numerical and computational fluid dynamics (CFD) analysis is conducted with geometrical variations in the surface section of a collector/evaporator. The performance was compared to the results of a base case, replicating its limit and environmental conditions such as the initial temperature of 5.5 °C, incident solar radiation of 464.1 W•m -2 , the operating temperature of 17.6 °C and other parameters. The surface geometrical variations involved in this study show a surface area similar to the base case. However, different lengths of the fluid path were considered due to the new geometrical shapes represented with less thermal resistances and correct distribution of the fluid in the collector/evaporator, obtaining temperature variations of 3.78, 5.47, 5.56 °C and a maximum value of 5.63 °C, including the corresponding variation of the heat flux. Considering the geometric changes in the superficial section of a flat-plate solar collector, it is possible to implement these variations in different kinds of heat exchangers in order to analyze the efficiency in these devices and the impact in the global systems where the heat exchangers are used.
El objetivo de la presente investigación fue realizar un análisis numérico mediante CFD de un colector solar de placa plana; además, se realizó una comparación con resultados experimentales. El fluido de trabajo alcanzó una temperatura máxima de salida de 20.16 °C a las 12:00, el valor de la radiación solar se determinó para las coordenadas geográficas latitud –0.2252 y longitud –77.84; de forma similar, en este horario fue posible obtener una temperatura de la superficie del colector de 27.12 °C, como valor pico. Se determinó el menor rendimiento del dispositivo de transferencia de calor a las 10:00 con un valor de temperatura de salida del agua y temperatura máxima en la superficie del colector de 18.65 y 20.48 °C, respectivamente. Los resultados experimentales mostraron una temperatura máxima de 20.93 °C y una temperatura mínima de19.4 °C, derivando en un error de 4.01 % entre la simulación computacional y los datos experimentales.
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