Diseño optimizado de un colector acumulador de recipiente no cilíndrico usando métodos de elementos finitos

Abstract

Se presenta en ese trabajo el estudio de un colector-acumulador integrado para agua caliente sanitaria con absorbedor-almacenador de sección oval. El objetivo de la investigación fue hallar la optimización de una geometría que mantenga el buen comportamiento térmico con una disminución de costos de fabricación. Se utilizó para ello un programa de cálculo estructural por el método de los elementos finitos, que permite usar formas no tradicionales para diseñar el absorbedor-almacenador del equipo. Con condiciones de borde adecuadas para estas aplicaciones se procedió probando materiales y espesores bajo ciertos criterios tecnológicos de fabricación y proponiendo algunas soluciones innovadoras. El estudio de tensiones mostró que es posible construir un absorbedor de sección oval que ocupe toda la ventana de la caja aislada contenedora, provisto de un refuerzo interno que cumple funciones tanto estructurales como fluidotérmicas. Se muestran resultados teóricos y experimentales tanto mecánicos como térmicos mediante figuras, tablas y gráficos.

This work shows the study performed on an integral collector-storage system, which has an oval section the tank-absorber. The objective of the research was to find a geometrical optimization that allowed the maintaining of good thermal behavior and a decreasing of manufacturing costs. A finite element program for structural calculations was used, which facilitates the use of non-traditional shapes to design the tank-absorber of the system. By using adequate boundary conditions for this kind of applications, following certain technological criteria, and proposing innovative solutions, different materials and thicknesses were tried. The stress study showed that it was possible to build an absorber of oval section to occupy all the insulated box window. The tank-absorber was designed with an internal brace, which accomplishes structural functions and improves the thermofluid behavior as well. Theoretical and experimental results of the mechanical and thermal performance are shown by means of figures, tables and plots.