Evaluación térmica de un serpentín de cobre para su implementación en un prototipo térmico solar

Abstract

Las estufas solares son prototipos térmicos solares que se caracterizan por ser alternativas sustentables y ecológicas para la cocción de alimentos mediante el uso de la radiación solar. El diseño de estas estufas solares permite reducir considerablemente el consumo de leña y combustibles fósiles, mitigando el impacto ambiental y las afecciones de salud causadas por inhalación de humo provocado por el uso irracional de estas fuentes. Dependiendo de la configuración de las estufas solares se puede clasificar en directas o indirectas. En particular, las estufas solares indirectas utilizan un colector de calor externo que transporta la energía térmica mediante un circuito cerrado. Un líquido portador de calor transporta el calor desde el colector hasta un serpentín metálico, que funciona como una parrilla para calentar los alimentos dentro de un hogar. Las dimensiones, el material y la forma del serpentín es un factor importante para obtener el calor suficiente en el recipiente. En este trabajo de tesis se propone una metodología para la evaluación térmica de un serpentín metálico de cobre en configuración rectangular y una en espiral plano, con el objetivo de analizar la temperatura del tubo del serpentín mientras ocurre la circulación de un fluido (agua) caliente en su interior. Los resultados indican que el serpentín de cobre en forma de espiral acoplado a un aislante térmico presenta la capacidad de almacenar calor de manera uniforme sobre toda la superficie, alcanzando una temperatura promedio constante de 58.5 °C cuando el fluido tiene una temperatura de 70 °C. Esta metodología corresponde a las primeras evaluaciones térmicas que dan fundamento para proponer mejoras al sistema, que ayuden a reducir las pérdidas de calor y mantener mayor temperatura en el serpentín.