Resumen de Modeling of direct soladar ration in a compound parabolic collector (CPC) with the ray tracing technique

José Ángel Colina Márquez, Andrés Felipe López Vásquez, Fiderman Machuca Martínez

• español

  El colector parabólico compuesto (CPC) es una tecnología ampliamente usada en aplicaciones fotoquímicas, como las reacciones fotocatalíticas. Para propósitos cinéticos en esta clase de reacciones, se debe conocer la distribución de la radiación ya que la velocidad de reacción depende la absorción de fotones. En el presente trabajo desarrolló un modelo matemático que permitió simular el fenómeno de reflexión de la radiación solar directa en un CPC. Las ecuaciones se evaluaron usando geometría analítica y cálculo vectorial, primero para calcular las coordenadas cartesianas de la superficie reflectiva. Luego estos puntos se usaron para calcular las trayectorias de los rayos incidentes y reflejados en cualquier instante. La radiación incidente en el receptor se graficó independientemente, mostrando la distribución de la energía directa que llega directamente al absorbedor. La longitud de la involuta también se calculó a partir de estos datos, los cuales pueden resultar muy útiles para su construcción. Los resultados obtenidos a partir de las simulaciones muestran que la distribución de la energía incidente en la superficie del absorbedor depende de la reflectividad de la superficie del CPC. La energía incidente es mayor en la parte superior que en la inferior del absorbedor, y son más convenientes valores altos de reflectividad para distribuciones de energía más uniformes. Este modelo matemático puede ser una primera aproximación para modelos más complejos de absorción de fotones que incluyan radiación solar directa en aplicaciones fotoquímicas o fototérmicas

• English

  The compound parabolic collector (CPC) is a widely used technology in photochemical applications, like photocatalytic reactions. For kinetic purposes in this kind of reaction, the radiation distribution has to be well known, since the reaction rate is strongly dependent on the photon absorption rate. The present work develops a mathematical model which allows simulating the reflection of direct solar radiation on a CPC. Using analytical geometry and vector calculation, equations were evaluated, first for calculating the Cartesian coordinates of the reflecting surface. Later these points are used to calculate incident and reflected rays layouts on the collector. Visual Basic (Excel environment) program was developed for data generation and plotting the reflected rays at any instant. The incident radiation on the receptor was plotted separately displaying the daily direct energy distribution in the absorber. Also the involute length (collector) was calculated with these data, which can be very useful information for collector construction. Results obtained after simulations show that the distribution of incident energy on the absorber surface depends on the surface reflectivity. The incident energy is larger at the top of the absorber than the bottom zone and it is more convenient higher surface reflectivities for more uniform energy distributions. This mathematical model can be a first approach for absorption models which include direct solar radiation in photochemical or photothermal applications