Estudio teórico de un captador solar de aire con y sin material de cambio de fase
DOI:
https://doi.org/10.19136/jeeos.a10n3.6707Keywords:
Captador solar de aire, Eficiencia térmica, Estudio paramétrico, Material de cambio de fase, Modelo numérico transitorioAbstract
En la presente investigación se realizó un estudio de la transferencia de calor a un captador solar de aire de dos canales (CSA-2C) con y sin material de cambio de fase (PCM) en la placa absorbedora. El captador se estudió utilizando la técnica de balances globales de energía en una dimensión (1-D) y en estado transitorio. El estudio paramétrico consistió en la modelación numérica del CSA-2C para el día más frío y más cálido de cada mes del año 2022 en la ciudad de Cuernavaca, Morelos. Adicionalmente, se consideró el captador sin PCM y se probaron 4 diferentes PCM en la placa absorbedora con espesores de 0.01 m y 0.025 m. Se desarrolló un código numérico en C el cual consiste en una serie de subrutinas que resuelven el modelo matemático obtenido de la técnica de balances globales de energía. Finalmente, del estudio paramétrico se encontró que la mejor configuración fue el CSA-2C con RT28 con 25 mm de espesor, el cual puede suministrar hasta 13 horas de confort térmico, tiene un tiempo de recuperación de la inversión inicial de 18 años y evita emitir al ambiente hasta 420 kg de CO2 al año, reduciendo los gases de efecto invernadero.
References
[1] Álvarez, B., Arce, J., & Colorado, D., 2024, “Transient Study (Annual) of the Heat Transfer of a Two-Channel Solar Air Collector,” ASME J. Sol. Energy Eng., 146(1), p. 011005.
[2] Incropera, F. P., Dewitt, D. P., Bergman, T. L., & Lavine, A. S., 2006, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 6th ed., John Wiley&Sons, Hoboken,NJ.
[3] Álvarez, B., Arce, J., Chávez, Y., & Lira, L., 2025, “Theoretical and Experimental Study of Heat Transfer in a Two- Channel Flat Plate Solar Air Collector,” ASME Journal of Solar Energy Engineering, 147(2), p. 021005.
[4] Vivek, C. M., 2019, “Review of Flat Plate Solar Collectors and Solar Energy Utilization in India,” Int. J. Sci. Res. Rev., 8(2), pp. 4391–4405.
[5] Zhu, T. T., Diao, Y. H., Zhao, Y. H., Ma, C., Wang, T. Y., & Liu, J., 2017, “A Comparative Investigation of Two Types of MHPA Flat-Plate Solar Air Collector Based on Exergy Analysis,” ASME J. Sol. Energy Eng., 139(5), p. 051011.
[6] Pal, P., & Dev, R., 2019, “Thermal Modeling, Experimental Validation, and Comparative Analysis of Modified Solar Stills,” ASME J. Sol. Energy Eng., 141(6), p. 061013..
[7] Afaq, J. M., 2020, “Thermal Evaluation of a Double-Pass Unglazed Solar Air Heater With Perforated Plate and Wire Mesh Layers,” J. Sustain., 12(9), p. 3619.
[8] Garay, R., Arregi, B., Gomis, I., Bonnamy, P., Raji, S., & Lopez, J., 2017, “Performance Assessment of an Unglazed Solar Thermal Collector for Envelope Retrofitting,” Energy Procedia, 115(1), pp. 361–368.
[9] Mahmoud, E., & Ahmed, A., 2019, “Energy and Exergy Analysis of a Thermosiphon and Forced-Circulation Flat-Plate Solar Collector Using MWCNT/Water Nanofluid,” Case Stud. Thermal Eng., 14(1), p. 100416.
[10] Liu, Z., Liu, Y., Wu, D., Jin, G., Yu, H., & Ma, W., 2020, “Performance and Feasibility Study of Solar-Air Source Pump Systems for Low-Energy Residential Buildings in Alpine Region,” J. Cleaner Prod., 256(1), p. 120735.
[11] Tuncer, A. D., Amini, A., & Khanlar, A., 2023, “Experimental and Transient CFD Analysis of Parallel-Flow Solar Air Collectors With Paraffin-Filled Recyclable Aluminum Cans as Latent Heat Energy Storage Unit,” J. Energy Storage, 70(1), p. 108009.
[12] Fadhil, A. M., Jalil, J. M., & Bilal, G. A., 2024, “Experimental and Numerical Investigation of Solar Air Collector With Phase Change Material in Column Obstruction,” J. Energy Storage, 79(1), p. 110066.
[13] Badiei, Z., Eslami, M., & Jafarpur, K., 2020, “Performance Improvements in Solar Flat Plate Collectors by Integrating with Phase Change Materials and Fins: A CFDModeling,” Energy, 192, p. 116719.
[14] Abuşka, M., Şevik, S., & Kayapunar, A., 2019b, “Experimental analysis of solar air collector with PCM-honeycomb combination under the natural convection,” Solar Energy Materials and Solar Cells, 195, pp. 299–308.
[15] Raj, A. K., Srinivas, M., & Jayaraj, S., 2020, “Transient CFD Analysis of Macro-Encapsulated Latent Heat Thermal Energy Storage Containers Incorporated within Solar Air Heater,” International Journal of Heat and Mass Transfer, 156, p. 119896.
[16] Abuşka, M., Şevik, S., & Kayapunar, A., 2019a, “A comparative investigation of the effect of honeycomb core on the latent heat storage with PCM in solar air heater,” Applied Thermal Engineering, 148, pp. 684–693.
[17] Yang, H. & He, Y., 2010, “Solving heat transfer problems with phase change via smoothed effective heat capacity and element-free Galerkin methods,” International Communications in Heat and Mass Transfer, 37, p. 385–392.
[18] Zivkovic, B. & Fuji, I., 2001, “An analysis of isothermal phase change of phase change material within rectangular and cylindrical containers,” Energy and Buildings, 70, pp. 51–61.
[19] Klimeś, L., Charvát, P., & Ostry, M., 2012, “Challenges in the computer modelling of phase change materials,” Materiali in Tehnologije, 46, p. 335–338.
[20] Charvát, P., Klime´s, L., & Ostry, M., 2014, “Numerical and experimental investigation of a PCM-based thermal storage unit for solar air systems,” Energy and Buildings, 68, pp. 488– 497.
[21] Álvarez, B., Arce, J., López-Santos, F., Cruz, J. A., Montalvo, D., Colorado-Garrido, D., Carreto-Hernandez, L. G., 2026, “Theoretical study of heat transfer in a two-channel flat-plate air solar collector with and without phase change material,” ASME Journal of Solar Energy Engineering, 148(3).
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Journal of Energy, Engineering Optimization and Sustainability
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
1. Política propuesta para revistas de acceso abierto
Los autores/as que publiquen en esta revista aceptan las siguientes condiciones:
1. Los autores/as conservan los derechos de autor y ceden a la revista el derecho de la primera publicación, con el trabajo registrado con la licencia internacional Creative Commons Reconocimiento-No comercial-Compartir igual 4.0 .de atribución de Creative Commons, que permite a terceros utilizar lo publicado siempre que mencionen la autoría del trabajo y a la primera publicación en esta revista.
2. Los autores/as pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en esta revista (p. ej., incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en esta revista.
3. Se permite y recomienda a los autores/as a publicar su trabajo en Internet (por ejemplo en páginas institucionales o personales) antes y durante el proceso de revisión y publicación, ya que puede conducir a intercambios productivos y a una mayor y más rápida difusión del trabajo publicado (vea The Effect of Open Access).
===================== NUEVO 2025
This work is licensed under CC BY-NC-ND 4.0
Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
This license requires that reusers give credit to the creator. It allows reusers to copy and distribute the material in any medium or format in unadapted form and for noncommercial purposes only.
- BY: Credit must be given to you, the creator.
- NC: Only noncommercial use of your work is permitted.Noncommercial means not primarily intended for or directed towards commercial advantage or monetary compensation.
- ND: No derivatives or adaptations of your work are permitted.
