OPTIMIZACIÓN ESTADÍSTICA DEL RENDIMIENTO TÉRMICO DE UN COLECTOR SOLAR DE AIRE CONSIDERANDO FACTORES NO CONTROLABLES STATISTICAL (OPTIMIZATION OF THE THERMAL PERFORMANCE OF A SOLAR AIR COLLECTOR CONSIDERING NON-CONTROLLED FACTORS)
Resumen
Resumen
En el presente trabajo se hace uso de los arreglos ortogonales propuestos por Taguchi para maximizar el rendimiento térmico de un colector solar de aire de placa plana. En el proceso de optimización son considerados cinco factores controlables, los cuales son: longitud del colector, material de la placa absorbedora, material de la cubierta, altura del canal de flujo de aire, ancho del colector; y tres factores no controlables, los cuales son: velocidad del aire, irradiación solar y temperatura ambiente. Para llevar a cabo los diferentes experimentos establecidos por el arreglo ortogonal, se desarrolló una metodología de diseño térmico para colectores solares de aire de placa plana. La metodología se aplica al diseño térmico de un colector solar de aire evaluado de forma experimental. Los resultados muestran que el material de la placa absorbedora, el material de la cubierta y la altura del canal de flujo de aire son estadísticamente significativos para determinar el rendimiento térmico del colector, mientras que la longitud y ancho del colector no son significativos estadísticamente. Se obtiene un aumento del 7.5% en el rendimiento térmico del colector entre el diseño óptimo y el diseño del colector evaluado de forma experimental.
Palabras Clave: ANOVA, arreglos ortogonales de Taguchi, colector solar de aire de placa plana, optimización.
Abstract
This work makes use of orthogonal arrays proposed by Taguchi to maximize the thermal performance of a flat plate air solar collector. On the process optimization are taken into account five control factors, which are: collector length, material type of the absorber plate, material type of the cover, height of the air flow channel and width of the collector; and three non-controllable factors, which are: wind velocity, solar irradiation and room temperature. In order to carry out the different experiments established by the orthogonal arrangement, a thermal design methodology was developed for flat plate air solar collectors. The methodology is applied to the thermal design of an experimentally evaluated solar collector. The results show that the material type of the absorber plate, the material type of the cover and the height of the air flow channel are statistically significant to calculate the thermal efficiency of the collector, while the length and width of the collector are not statistically significant. An increase of 7.5% in the thermal performance of the collector is obtained between the optimal design and the design of the collector evaluated experimentally.
Keywords: ANOVA, Taguchi´s orthogonal arrays, flat plate air solar collector, optimization.
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Cengel, Y., A. (2003). Heat Transfer, Second Edition, McGraw-Hill.
Cetin, M., H., Ozcelik, B., Kuram, E., Demirbas, E. (2011). Evaluation of Vegetables based Cutting Fluids with Extreme Pressure and Cutting Parameters in Turning of AISI 304L by Taguchi Method, Journal of Cleaner Production, vol. (19), pp. 2049-2056.
Duffie, J., A., Beckman, W. (1991). A., Solar Engineering of Thermal Processes, Second Edition, Wiley & Sons.
Gutiérrez, Pulido, H., De la vara, Salazar, R. (2008). Análisis y Diseño de Experimentos, Segunda Edición, Mc-Graw Hill.
Holman, J., P. (2010). Heat Transfer, Ten Edition, McGraw-Hill.
Hottel, H., C., Woertz, B., B. (1942). Performance of Flate Plate Solar Heat Collectors, Trans., ASME, vol (64), pág. 91.
Incropera, F., P., Dewitt, D., P., Bergman, T., L., Lavine, A., S. (2011). Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Seventh Edition, John Wiley & Sons.
Kays, W., M. (1966). Convective Heat and Mass Transfer, McGraw-Hill, New York, NY.
Krishnaiah, K., Shahabudeen, P. (2012). Applied Design of Experiments and Taguchi Methods, PHI Learning Privated Limited.
Madhav S. (1989). Quality Engineering using Robust Design, PTR Prentice Hall.
McAdams, W., H. (1973). Heat Transmission, Third Edition, McGraw-Hill.
Medina, Flores, J., M., López, Zaragoza, F., J., Maeda, Sánchez, A., Zavala, Bustos, J., A., Yáñez, Contreras, P., Evaluación Teórica-Experimental del Incremento de la Temperatura del Aire que Circula a Través de un Colector Solar, enviado para su revisión al CISME 2019.
Roy, R., K. (2001). Design of Experiments Using Taguchi Approach (16 steps to Product and Process Improvements), First Edition, John Wiley & Sons.
Roy, R., K. (2010). A Primer on the Taguchi Method, Second Edition, Society of Manufacturing Engineers.
Siddhartha, Naveen, S., Varun. (2012). A Particle Swarm Optimization Algorithm for Optimization of Thermal Performance of a Smooth Flate Plate Solar Air Heater, Energy, vol. 38, pp. 406-413.
Sosteris, A., K. (2009). Solar Energy Engineering (Processes and Systems), First Edition, Academic Press.
Sukhatme, S., P., Nayak, J., K. (2008). Solar Energy (Principles of Thermal Collection and Storage), Third Edition, McGraw-Hill Publishing Company Limited.
Swinbank, W., C. (1963). Long-Wave from Clear Skies, Quarterly Journal of Royal Meteorological Society, vol. (89), pp. 339.
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